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基于高质量超薄缓冲层的高射频性能增强型GaN-on-Si HEMT器件，输出功率达5.32 W/mm
High RF Performance E-Mode GaN-on-Si HEMTs With Pₒᵤₜ of 5.32 W/mm Using High-Quality Ultrathin Buffer
Jiale Du · Bin Hou · Ling Yang · Yachao Zhang 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年3月
在本文中，我们报道了一种在高质量超薄缓冲层上制备的高性能增强型氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT），该超薄缓冲层是通过在高电阻率（HR）硅衬底上采用两步渐变（TSG）过渡结构实现的。由于TSG过渡结构能够使位错迅速湮灭，该超薄缓冲层的总位错密度（TDD）低至 ${1}.{7}\times {10} ^{{9}}$ cm $^{-{2}}$ ，这有助于改善电流和射频功率性能。因此，在该结构上制备的增强型GaN HEMT的最大漏极电流达到620 mA/mm，阈值电压（ ${V}_{\tex...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于硅基衬底的增强型GaN HEMT技术具有重要的战略价值。该技术通过创新的两步梯度过渡结构实现了超薄缓冲层的高质量外延生长，将位错密度降低至1.7×10⁹ cm⁻²，这为功率器件性能的突破奠定了基础。 在光伏逆变器和储能变流器领域，该技术展现的5.32 W/mm输出...
基于双栅器件技术的p-GaN功率HEMT单片集成双向栅极ESD保护方案
Monolithically Integrated Bidirectional Gate ESD Protection Scheme of p-GaN Power HEMT by Dual-Gate Device Technology
Yanfeng Ma · Sheng Li · Mingfei Li · Weihao Lu 等12人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年2月
本文提出了一种用于p-GaN功率高电子迁移率晶体管（HEMT）的单片集成双向栅极静电放电（ESD）保护方案。设计采用双栅HEMT作为放电管，在几乎不牺牲器件性能的前提下，将正向/反向传输线脉冲失效电流从0.156 A/0.08 A显著提升至1.36 A/5.26 A。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及微型逆变器领域对高功率密度和高效率的追求，GaN器件的应用日益广泛。该研究提出的单片集成ESD保护方案有效解决了GaN器件栅极脆弱的痛点，显著提升了器件在复杂工况下的静电耐受能力和可靠性。建议研发团队关注该双栅结构在提升功率模块鲁棒性方面的潜力，特别是在高频化、小型化的...
基于p-GaN栅极HEMT平台的高电流增强型InGaN/GaN p-FET
High-Current E-Mode InGaN/GaN p-FET on p-GaN Gate HEMT Platform
Jingjing Yu · Jin Wei · Junjie Yang · Teng Li 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年2月
增强型（E 模式）氮化镓（GaN）p 沟道场效应晶体管（p - FET）的低电流密度对其在互补逻辑（CL）电路中的应用构成了严峻挑战。在这项工作中，在具有 p - 铟镓氮（InGaN）/p - GaN/铝镓氮（AlGaN）/GaN 异质结构的 p - GaN 栅高电子迁移率晶体管（HEMT）平台上展示了一种高电流 E 模式 InGaN/GaN p - FET。所提出的异质结构在 InGaN/GaN 界面引入了净极化电荷，从而增强了二维空穴气（2DHG）。在施加负栅极偏压时，在表面金属 - 绝缘体...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项高电流增强型InGaN/GaN p-FET技术具有重要的战略价值。该技术通过在p-GaN栅极HEMT平台上引入p-InGaN/p-GaN/AlGaN/GaN异质结构，利用极化电荷效应形成增强型二维空穴气（2DHG）通道，成功将p-FET的最大电流密度提升至-20 mA/...
基于物理的斜角场板GaN HEMT SPICE模型
Physics-Based SPICE Model of Slant Field Plate GaN HEMTs
Md Hasnain Ansari · Avinash Lahgere · Sheikh Aamir Ahsan · Yogesh Singh Chauhan · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年7月
本文介绍了一种基于ASM - HEMT框架实现的、适用于带有倾斜场板（FP）的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的SPICE兼容紧凑模型。倾斜场板的几何形状对于优化电场分布和击穿性能至关重要，该模型将其近似为多级栅场板结构。研究表明，使用普通栅场板的传统高电子迁移率晶体管模型无法准确描述这些器件的电容特性。为克服这一局限性，在ASM - HEMT框架内开发了一种新的建模方法。该方法在保证计算效率的同时，确保了对器件行为的准确模拟。通过与TCAD仿真和实验数据进行验证，该模型在脉冲电流 ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对斜场板GaN HEMT器件的SPICE物理模型研究具有重要的战略价值。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度特性，正成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品的关键技术方向。 该模型的核心创新在于准确刻画斜场板结构对器件电容特性和击穿性能的影响。对于阳光电源而言，这...
一种具有增强功率和线性性能的AlN/Al_x_Ga1-_x_N/GaN梯度沟道HEMT
An AlN/Al_x_Ga1-_x_N/GaN graded channel HEMT with enhanced power and linearity performance
Xiang Du · Can Gong · Yue Hao · Applied Physics Letters · 2025年2月 · Vol.126
本文报道了一种基于AlN/Al_x_Ga1-_x_N/GaN梯度沟道结构的高电子迁移率晶体管（HEMT），旨在提升器件的功率与线性性能。通过在沟道层引入Al组分渐变的Al_x_Ga1-_x_N缓冲结构，并结合超薄AlN插入层，有效调控了二维电子气分布，增强了载流子输运特性，同时降低了短沟道效应。实验结果表明，该器件在保持高开关比的同时，显著提高了击穿电压、最大电流密度及跨导峰值。此外，线性跨导和栅极电容特性的改善有效提升了器件的线性度与高频稳定性。该梯度沟道设计为高性能射频与功率放大器应用提供了...
解读: 该梯度沟道GaN HEMT技术对阳光电源的功率变换产品具有重要应用价值。通过AlN/AlGaN梯度结构提升的击穿电压和电流密度特性,可显著提高SG系列逆变器和ST系列储能变流器的功率密度。改善的线性度和高频特性有助于优化车载OBC和充电桩的EMI性能。该器件在高压大功率应用场景下的优异开关特性,可支...
基于跨象限运行的GaN HEMT E类功率放大器功率转换能力增强
Enhanced Power Conversion Capability of Class-E Power Amplifiers With GaN HEMT Based on Cross-Quadrant Operation
Xianglin Hao · Jianlong Zou · Ke Yin · Xikui Ma 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年11月
E类功率放大器因其高效率广泛应用于兆赫兹频率功率转换系统。本文提出了一种基于GaN HEMT的跨象限模式E类放大器，旨在解决该类放大器在实现高功率密度与高效率平衡方面的技术挑战，通过优化器件运行特性提升功率转换能力。
解读: 该技术主要针对高频功率转换领域，虽然目前阳光电源的组串式逆变器和PowerTitan储能系统主要采用SiC或IGBT技术，但随着电力电子向高频化、小型化发展，GaN器件在高频辅助电源、驱动电路或未来微型逆变器中的应用潜力巨大。建议研发团队关注该跨象限运行模式，评估其在提升辅助电源功率密度及降低开关损...
兆赫兹高频开关下p-Gate GaN HEMT的过压鲁棒性研究
Overvoltage Robustness of p-Gate GaN HEMTs in High Frequency Switching up to Megahertz
Ruizhe Zhang · Qihao Song · Qiang Li · Yuhao Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年5月
本文研究了无雪崩能力的GaN HEMT功率器件在连续高频过压开关下的鲁棒性。通过开发基于有源钳位电路的零电压开关转换器测试平台，实现了千伏级过压和兆赫兹频率下的稳定开关测试，揭示了GaN器件在极端工况下的失效边界与可靠性机理。
解读: GaN作为第三代半导体，在提升阳光电源组串式逆变器及户用储能系统功率密度方面具有巨大潜力。该研究针对GaN器件在高频过压下的失效机理分析，为公司在开发下一代高频、高效率功率模块时，优化驱动电路设计、改进有源钳位保护策略提供了关键理论支撑。建议研发团队关注该测试方法，以提升公司在极端工况下对宽禁带半导...
通过漏极侧薄p-GaN结构设计抑制蓝宝石基1200 V增强型GaN HEMT的动态电阻退化
Suppression of Dynamic Resistance Degradation in 1200-V GaN-on-Sapphire E-Mode GaN HEMTs by Drain-Side Thin p-GaN Design
Wenfeng Wang · Feng Zhou · Junfan Qian · Can Zou 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
动态电阻退化受陷阱效应影响显著，是横向AlGaN/GaN功率器件在高压高频应用中的关键挑战。本文提出一种具有漏极侧薄p-GaN（DST）结构的增强型p-GaN栅HEMT。DST结构通过从漏极侧p-GaN注入空穴抑制动态电阻退化，同时减薄p-GaN层可显著改善导通态电流特性。该减薄工艺与源/漏欧姆接触刻蚀同步进行，兼容现有工艺平台。电路级测试表明，蓝宝石基DST-HEMT在1200 V关断偏压下动态电阻退化极小，性能媲美垂直GaN-on-GaN器件，并展现出优良的动态开关能力，凸显其在高压大功率应...
解读: 该漏极侧薄p-GaN技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。DST-HEMT在1200V高压下实现极低动态电阻退化，可直接应用于ST系列储能变流器和SG系列1500V光伏逆变器的功率模块设计，提升高频开关性能。相比传统GaN器件，该技术通过空穴注入抑制陷阱效应，改善导通损耗，可优化三电平拓扑效率。蓝...
共源共栅GaN HEMT在非钳位感性开关下的鲁棒性
Robustness of Cascode GaN HEMTs in Unclamped Inductive Switching
Qihao Song · Ruizhe Zhang · Joseph Kozak · Jingcun Liu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年4月
浪涌能量鲁棒性对汽车动力总成和电网等应用至关重要。与Si和SiC MOSFET不同，GaN HEMT缺乏雪崩能力，主要依靠过压能力承受浪涌能量。本文对共源共栅GaN HEMT在非钳位感性开关（UIS）条件下的浪涌能量鲁棒性进行了全面研究。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及电动汽车充电桩领域对高功率密度和高效率的需求日益增长，GaN器件的应用潜力巨大。本文针对GaN HEMT在UIS条件下的鲁棒性研究，为阳光电源在设计高频、紧凑型功率变换模块时提供了关键的可靠性评估依据。建议研发团队在引入GaN器件时，重点关注其过压耐受特性，并优化驱动电...
基于GaN-HEMT的DC-DC变换器电热建模实验验证
On the Experimental Verification of Electrothermal Modeling of GaN-HEMT-Based DC–DC Converters
Jhonattan G. Berger · Christian A. Rojas · Alan H. Wilson-Veas · Rodrigo A. Bugueño 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年4月
电力变换器的可靠性与半导体器件的结温变化密切相关。本文提出了一种针对氮化镓（GaN）基DC-DC变换器的电热模型，并通过GaN基两电平Buck变换器进行了实验验证，旨在提升功率器件热建模的准确性，为电力电子系统的可靠性设计提供支撑。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型储能系统（如PowerStack）中对高功率密度和高效率的需求日益增长，GaN器件的应用成为提升产品竞争力的关键。该电热建模方法能有效预测GaN器件在复杂工况下的结温，对于优化逆变器和DC-DC模块的散热设计、提升系统长期运行可靠性具有重要指导意义。建议研发团队将此...
P-Gate GaN HEMT的浪涌能量与过压耐受性
Surge-Energy and Overvoltage Ruggedness of P-Gate GaN HEMTs
Ruizhe Zhang · Joseph P. Kozak · Ming Xiao · Jingcun Liu 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年12月
功率器件安全承受浪涌能量的能力是其核心可靠性指标。本文深入探讨了缺乏雪崩能力的GaN HEMT在浪涌能量下的物理过程，揭示了P-Gate GaN HEMT的失效机制，为提升宽禁带器件在严苛工况下的应用可靠性提供了理论支撑。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度要求的提升，GaN器件的应用前景广阔。本文研究的P-Gate GaN HEMT浪涌耐受性直接关系到逆变器在电网电压波动或雷击浪涌下的生存能力。建议研发团队参考该失效机制，在产品设计中优化驱动电路与保护策略，以应对GaN器件在极端工况下的脆弱性...
具有纳秒级开关特性和鲁棒过压能力的1.2 kV/25 A增强型P-N结/AlGaN/GaN HEMT
1.2 kV/25 A Normally off P-N Junction/AlGaN/GaN HEMTs With Nanosecond Switching Characteristics and Robust Overvoltage Capability
Feng Zhou · Weizong Xu · Fangfang Ren · Yuanyang Xia 等10人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年1月
本文提出了一种基于P-N结栅极结构的1.2 kV/25 A增强型GaN HEMT。该器件具备18.2 V的栅极击穿电压和1.7 V的正阈值电压，提供了宽广的栅极偏置窗口。实验表明，该器件在10 V栅极驱动电压下表现出优异的纳秒级开关特性和极强的过压耐受能力，为高压功率转换应用提供了新方案。
解读: 该技术对阳光电源的功率电子产品线具有重要意义。1.2 kV/25 A的增强型GaN器件在高频化、小型化方面优势显著，特别适用于户用光伏逆变器及小型化储能变流器（PCS）的功率级设计。其高栅极击穿电压提升了驱动电路的可靠性，有助于降低系统损耗并提高功率密度。建议研发团队关注该器件在高频DC-DC变换器...
用于评估GaN开关热应力和关断电压应力的动态导通电阻
RON）表征技术
Tommaso Cappello · Alberto Santarelli · Corrado Florian · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年4月
GaN功率开关凭借高功率密度、低寄生参数和优异的热处理能力，在高效紧凑型DC/DC变换器中应用广泛。尽管GaN HEMT器件具有出色的沟道导电性，但其动态导通电阻（RON）在工作过程中会发生退化。本文提出了一种动态RON表征技术，旨在评估GaN器件在热应力和关断电压应力下的性能表现，为提升电力电子系统的可靠性提供理论支撑。
解读: GaN作为宽禁带半导体，是实现阳光电源产品高功率密度化的关键。该技术对于优化户用光伏逆变器及小型化充电桩中的DC/DC变换级设计具有重要参考价值。动态RON的精确表征能有效指导高频开关下的热管理设计，提升PowerStack等储能系统及充电桩功率模块的长期可靠性。建议研发团队关注该表征方法，将其引入...
基于改进斑马算法的GaN HEMT混合小信号建模
Hybrid Small-Signal Modeling of GaN HEMT Based on Improved Zebra Optimization Algorithm
李畅王军 · 电子元件与材料 · 2025年1月 · Vol.44
为提升半导体器件小信号建模精度并避免优化过程陷入局部最优，提出一种基于改进斑马优化算法（IZOA）的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）混合小信号建模方法。结合数学修正法与直接提取法建立初始模型，通过引入混沌映射、反向学习策略及动态概率机制的IZOA进一步优化参数。实验结果表明，该方法将平均误差由3.47%降至0.19%，较GWO和标准ZOA分别降低0.76%和0.33%，显著提升了建模精度与算法收敛性。
解读: 该GaN HEMT精确建模技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。在ST储能变流器和SG光伏逆变器中，GaN器件可实现更高开关频率和功率密度，但需精确小信号模型支撑电路设计。该IZOA优化方法将建模误差降至0.19%，可显著提升GaN功率模块的仿真精度，优化三电平拓扑设计中的寄生参数补偿和EMI抑制...
通过3D共封装与增强dv/dt控制能力释放GaN/SiC共源共栅器件的全部潜力
Unlocking the Full Potential of GaN/SiC Cascode Device With 3D Co-Packaging and Enhanced dv/dt Control Capability
Ji Shu · Jiahui Sun · Mian Tao · Yangming Du 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年5月
为充分发挥GaN-HEMT/SiC-JFET共源共栅器件的快速开关潜力，本文提出了一种3D堆叠共封装配置，以最小化寄生互连电感。该方案有效降低了开关损耗并抑制了振荡。基于此3D封装，该器件的dv/dt控制能力得到显著增强，为高频功率变换应用提供了更优的性能表现。
解读: 该技术对阳光电源的核心业务具有极高的战略价值。在光伏逆变器（尤其是组串式和户用机型）及储能系统（如PowerStack/PowerTitan）中，提升功率密度和转换效率是核心竞争力。3D共封装技术能有效解决宽禁带半导体在高频应用中的寄生参数问题，有助于进一步缩小逆变器体积并提升效率。建议研发团队关注...
基于铝基覆铜板的GaN-HEMT功率模块：实现小功率回路电感与高散热性能
GaN-HEMT Power Module of Aluminum-Clad Printed Circuit Boards for Small Power Loop Inductance and High Cooling Performance
Kazuhiro Umetani · Yu Takehara · Masataka Ishihara · Eiji Hiraki · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN-HEMT）具备高速开关与低导通电阻优势，但其芯片尺寸小导致的关断浪涌与散热瓶颈限制了其在高功率转换中的应用。本文提出了一种新型功率模块结构，通过铝基覆铜板技术有效降低功率回路电感并提升散热性能。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及小型化储能PCS产品具有重要参考价值。随着功率密度要求的不断提升，GaN器件在高频化设计中的寄生参数抑制与散热管理是核心挑战。该研究提出的铝基覆铜板模块化方案，有助于阳光电源在开发下一代高功率密度、高效率的微型逆变器或小型化储能变流器时，优化PCB布局与热管理设计，...
用于降低5MHz 100W高功率密度LLC谐振DC-DC变换器中磁通对GaN-HEMT影响的电路设计技术
Circuit Design Techniques for Reducing the Effects of Magnetic Flux on GaN-HEMTs in 5-MHz 100-W High Power-Density LLC Resonant DC–DC Converters
Akinori Hariya · Tomoya Koga · Ken Matsuura · Hiroshige Yanagi 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年8月
本文提出了一种电路设计技术，旨在减少5MHz 100W高功率密度LLC谐振DC-DC变换器中平面变压器产生的磁通对氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN-HEMT）的影响。文中通过有限元方法（FEM）仿真建立了功率器件模型，以深入分析磁通对GaN器件性能的干扰机制。
解读: 随着阳光电源在户用光伏及小型化储能产品中对功率密度要求的不断提升，高频化（MHz级别）是未来技术演进的重要方向。本文研究的GaN器件在高频LLC拓扑中的应用，对于优化公司户用逆变器及小型化DC-DC模块的体积与效率具有重要参考价值。磁通干扰分析及FEM仿真方法可直接应用于公司研发阶段的电磁兼容（EM...
通过降低导通电阻的新方法单片集成GaN微LED与HEMT
Monolithically Integrating GaN MicroLEDs on HEMTs With a New Approach for Lower On-Resistance
Ran Zhang · Hongping Liu · Yuefei Cai · IEEE Electron Device Letters · 2025年7月
高电子迁移率晶体管（HEMT）驱动的微型发光二极管（microLED）在用于可见光通信、微显示和生物传感等领域的电压可控发光方面已有大量报道。现有的集成方法基于采用选择性区域生长法的n - 氮化镓（n - GaN）/二维电子气（2DEG）互连方案。由于微型发光二极管与高电子迁移率晶体管之间互连界面的面积有限，以及高电子迁移率晶体管缓冲层表面蚀刻损伤导致选择性外延生长质量不佳，集成器件存在导通电阻相对较大和电流扩展较差的问题。本文提出了一种将高电子迁移率晶体管与微型发光二极管集成的新方法。该方法无...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项GaN HEMT与microLED单片集成技术虽然当前主要应用于可见光通信、微显示等领域，但其底层技术突破对我司功率电子产品具有重要的潜在价值。 该技术的核心创新在于优化了GaN器件的集成工艺，通过在AlGaN/GaN HEMT表面直接选择性外延生长microLED，...
低温电力电子中单极性功率半导体的热失控现象
The Thermal Runaway Phenomenon of Unipolar Power Semiconductors in Cryogenic Power Electronics
Julius Zettelmeier · Raffael Schwanninger · Martin März · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年9月
氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）和硅MOSFET在低温环境下导通损耗显著降低，因此在航空航天领域备受关注。然而，低温环境会导致一种此前被忽视的安全关键现象——热失控，本文对此进行了深入探讨。
解读: 该研究探讨了宽禁带半导体（GaN）在极端低温下的热失控机制，这对阳光电源未来探索高海拔、极寒地区（如高寒山区光伏电站或特殊环境储能项目）的电力电子设计具有参考意义。虽然目前阳光电源的主流产品（如PowerTitan、组串式逆变器）多运行于常规环境，但随着公司向航空电源或极端环境能源系统拓展，理解Ga...
用于GaN HEMT桥式电路串扰抑制的高频三电平栅极驱动器
High-Frequency Three-Level Gate Driver for GaN HEMT Bridge Crosstalk Suppression
Xiaonan Wang · Ming Tao · Jing Xiao · Deng Luo 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年1月
为抑制氮化镓（GaN）桥式电路中的串扰问题，本文提出了一种新型高频三电平栅极驱动器（HFTGD），实现了高达5MHz开关频率下的串扰抑制。该驱动器通过电容-二极管电路产生负压，有效防止了正向串扰引起的器件误导通。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用成为提升效率和减小体积的关键。该文章提出的高频三电平栅极驱动技术，能够有效解决GaN在高频开关下的串扰误导通问题，对提升公司新一代高频化、小型化逆变器及充电桩产品的可靠性具有重要参考价值。建议研发团队关注该驱动架...
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