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【泰克先进半导体实验室】国产1700V GaN器件进一步打开应用端市场
■ 远山半导体
远山半导体在连续推出几款高压GaN器件后，最终将他们最新款产品的额定电压推向1700V，相较于之前的1200V器件又有了显著的提升。为了解决GaN器件常见的电流崩塌问题，他们采用特有的极化超级结（PSJ: Polarization Super Junction）技术，并对工艺进行进一步优化，使器件的额定工作电压和工作电流得到更大的提升（1700V/30A）。
本次测试采用远山半导体提供的1700V/100mΩ规格GaN样品,其可以轻松应对1000V输入电压下的开关测试需求，在静态测试条件下，1700V时测得反偏漏电流Idss = 4.48uA（Vgs = -8V）。
扫描反偏电压测试漏电流可以得到下面的曲线，10uA漏电流时，Vds电压大于1750V，击穿电压得到较好的验证。
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由于是常开型器件，需要使用负电压关断，在测试器件的阈值电压时，我们的扫描范围设置在-8V~+3V之间，当Vds = 10V，Id =1mA时，实测阈值电压Vth为-4.1V。
当Vds=10V时，扫描Vgs测试器件的Vth阈值电压
导通状态下测试器件的导通电阻Rdson，测试条件为Vgs = +3V，Id = 20A，电流脉宽300uS，四线模式下实测导通电阻为107mΩ。
在了解基本的静态特性后，我们再次对器件的动态特性进行测试。由于我们目前的GaN测试电路最大测试电压只能达到1000V，安全起见，我们在900V电压条件下对该器件进行了双脉冲测试。测试条件如下：
Vds = 900V，Rgon = Rgoff = 2Ω，Vgson = 3V, Vgsoff = -8V, Id = 20A，负载电感L = 200uH。
三条波形曲线从上到下依次为Vgs，Vds和Id，可以看到在900V电压条件下，Vds波形在两次导通阶段内仍然保持比较稳定的低电压，Vds波形在器件导通过程中电压非常接近0V，表示功率器件在高压下的硬开关操作，并没有导致导通电压的上升，验证了未出现电流崩塌现象。
为了进一步验证功率器件在开关过程中的动态导通电阻值，我们使用钳位探头对器件的动态导通电阻进行进一步的测量。我们使用电压钳位探头对Vds电压进行钳位测量，钳位探头的优势是可以过滤信号的高压部分，使用较小的量程对低压部分进行准确测量。比如功率器件的源漏极反偏电压，在关断条件下可能达到几百伏甚至上千伏，导通条件下只有几百毫伏，为了在快速开关条件下，准确测量导通条件下的器件两端电压降，使用带有钳位功能的探头将是非常好的选择。
在下图中，从上到下的波形依次为栅极电压Vgs，反偏电压Vds，导通电流Id，钳位电压Vds-clamp，以及动态导通电阻D-Rdson。
动态导通电阻的计算可以根据欧姆定律，使用钳位电压Vds-clamp除以导通电流Id，在示波器上使用Math功能直接进行计算，也可以使用Tekscope软件，在电脑端对波形进行计算处理。
使用公式编辑功能直接计算导通电阻曲线
在不同电压条件下进行动态导通电阻测试，得到如下归一化动态电阻。
|
电压vds |
300V |
600v |
900v |
|
归一化动态电阻 （normalized Ron) |
1 |
1.07 |
1.18 |
可以看到的是，随着测试电压的升高，器件动态导通电阻增加比例相对较小，器件在高压开关条件下呈现比较稳定的工作状态。
在实际测试中，较之前测试的1200V器件，远山1700V的器件也体现出优异的开关特性。
结语
远山半导体提供的1700V GaN器件再次让我们刷新了对GaN器件的认知，其性能正在快速逼近甚至超出主流SiC功率器件的特性指标。在未来，如果GaN器件能进一步证明其长期工作可靠性，并展现出成本优势，将极有可能在工业领域展现出替代SiC功率器件的潜质。
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