提到氮化鎵功率管，電源工程師們都知道它的速度快，頻帶高，但還是會覺得有些陌生。其實(shí)氮化鎵工藝早就在LED和射頻晶體管領(lǐng)域得到了多年的應(yīng)用。
氮化鎵是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料（WBG），與硅等傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料相比，它能夠讓器件在更高的飽和電子遷移率、頻率和電壓下運(yùn)行。氮化鎵和硅的截面圖，硅是垂直型的結(jié)構(gòu)，氮化鎵是平面型的結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上有本質(zhì)的不同。硅的帶隙是1.1電子伏特，氮化鎵是3.4電子伏特。氮化鎵已經(jīng)在60年代應(yīng)用于LED產(chǎn)品中，只是在電源類產(chǎn)品中在近幾年被慢慢市場開始接受。
英飛凌是目前唯一覆蓋普通硅、碳化硅、氮化鎵三種工藝的功率管的公司。提到英飛凌，大家都知道他的CoolMOS? Mosfet。筆者最近拿到了英飛凌推出的CoolGaN? 產(chǎn)品——IGO60R070，下面分享給大家。
CoolGaN?能工作在更高的頻率下，那么，在高頻下的應(yīng)用該如何設(shè)計(jì)呢？CoolGaN?該如何驅(qū)動比較合適呢？
下面我們先來對比一下基于普通硅工藝、碳化硅、氮化鎵3種工藝的功率管的驅(qū)動特性：
上圖測試的是英飛凌的一款CoolMOS?（IPW60R040C7）的IV曲線，設(shè)置Vgs在-2V至+5V下的Vds為 0-21V下的Ids曲線。
從圖中可以看出， 在Vds為15V左右時，Vgs>=4V進(jìn)入完全導(dǎo)通狀態(tài)。
再看看碳化硅工藝的功率管：
碳化硅功率管在Vds=20V、Vgs=4V時還未能進(jìn)入完全導(dǎo)通的狀態(tài)，但在Vds=2V左右時，Vgs=4.5V就進(jìn)入完全導(dǎo)通的狀態(tài)了。
再看看氮化鎵工藝的CoolGaN? IGO60R070D1:
從圖中可以看出，在Vgs從-2V到+5V整個范圍內(nèi)，CoolGaN? IGO60R070D1均未完全導(dǎo)通，即使在VDS=21V、Vgs=5V時，Ids也不到300uA.
這是為什么呢？
作為電源工程師，大家都知道Mosfet和Sicfet的規(guī)格書都會提供類似的IV曲線，先來看看現(xiàn)在測試的這顆英飛凌的IPW60R040C7 Mosfet的規(guī)格書:IPW60R040C7
IPW60R040C7的規(guī)格書中明確的給出了不同Vgs電壓下的IV曲線，不同的是原廠采用的是更大電流的儀表來進(jìn)行測量的。
我們再來看一下這款CoolGaN? IGO60R070D1的規(guī)格書：IGT60R070D1
然而規(guī)格書中并未給出不同Vgs電壓下的IV曲線，但是給出了不同Igs電流下的IV曲線：
我們知道Mosfet和Sicfet都屬于電壓型控制功率器件，那么，CoolGaN?是屬于電流型控制器件嗎？
我們先看看IGO60R070D1規(guī)格書中給出的電流條件：
接下來測試一下不同Igs下IGO60R070D1的IV曲線：
規(guī)格書給出的驅(qū)動所需要的最大平均電流是20mA,設(shè)置Vgs電壓限制為5V，測試Igs電流從0.1mA到15mA的IV曲線如上圖。
從圖中可以看出，Igs和Ids的線性關(guān)系還是比較好的，在Igs=14mA、Vds>15V進(jìn)入完全導(dǎo)通狀態(tài)，在Igs=15mA、Vds>11V進(jìn)入完全導(dǎo)通狀態(tài)。
好吧，這能說明CoolGaN?是電流型控制器件嗎？
接下來再對比一下Mosfet、Sicfet、CoolGaN?驅(qū)動的IV曲線：
設(shè)定Vds為15-20V，測試Vgs電壓從-5V到+5V時的Igs電流。上圖是IPW60R040C7 Mosfet的驅(qū)動電壓和電流的IV曲線。
從圖中可以看出，IPW60R040C7只有Vgs在Mosfet的Vth 附近才會出現(xiàn)一個較大的電流，其實(shí)也就是驅(qū)動所需要的電流，但這個電流最大也不超過0.7uA。遠(yuǎn)小于CoolGaN? 的15mA.
再看看Sicfet驅(qū)動的IV曲線：
同樣是設(shè)定Vds為15-20V，測試Vgs電壓從-5V到+5V時的Igs電流。
Sicfet的驅(qū)動IV曲線和Mosfet相差還是比較大的，在Vgs為-5V時的漏電流相對較大，達(dá)到了0.35uA,大于-4V以上就很小了，一直到+5V時完Sicfet全開通都沒有出現(xiàn)較大的電流，基本在10nA以內(nèi)。
再來看看CoolGaN? IGO60R070D1，既然CoolGaN?是電流型控制，那么我們來看看測試不同Igs下驅(qū)動Vgs的電壓的IV曲線：
設(shè)定Vds為15-20V，測試Igs電流從-15mA到+15mA時的Vgs電壓的IV曲線
從圖中可以看出，CoolGaN? IGO60R070D1正負(fù)電流驅(qū)動的對稱性非常好，而且趨勢非常明顯，在電流滿足的情況下，需要的Vgs電壓也非常低。
可以定義CoolGaN?為電流型控制功率器件了嗎？不過其需要的驅(qū)動電流也并不大，只需要不到20mA.
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