松下研发支持大工作电流和低开启电压的氮化镓二极管

新研发的氮化镓二极管的横剖视图(图示:美国商业资讯)

日本大阪--()--(美国商业资讯)--松下公司今日宣布研发出氮化镓(GaN)二极管,其不仅支持四倍于传统碳化硅(SiC)二极管的大工作电流*1,而且得益于其低开启电压,该二极管可在低电压下工作。一种最新研发的混合结构使这些新二极管的生产成为可能,该混合结构由独立嵌入式结构构成,独立嵌入式结构包括一个低压单元和一个高电流单元,适合于高压工况。

传统硅(Si)二极管降低开关损耗的能力有限。在另一方面,基于碳化硅(一种和氮化镓一样被视为具有发展前景的下一代功率半导体的化合物)的二极管需要更大的芯片面积来实现大工作电流,由于工作频率增加,因此降低开关损耗和芯片尺寸的能力有限。

新生产的氮化镓二极管已经同时实现大工作电流和低阈值电压,因此,即使在小芯片面积上,依然可以应付大电流。因此,该芯片的电容值可降低,以实现更小的开关损耗,使得该器件能够以更高频率工作。因此,在电压转换电路或者需要高功率的汽车或工业设备转换器电路中采用,可实现高频工作的氮化镓二极管可以减小系统尺寸。

这款新开发的产品具有以下优点:

  • 大工作电流:7.6 kA/cm2(大约4倍*1
  • 低开启电压:0.8 V
  • 低导通电阻(RonA):1.3 mΩcm2(大约降低50%*1

这些二极管基于下列技术制造:

具有槽型p-GaN层的氮化镓二极管的混合结构:

我们提出了一种具有p型层(具有成型加工的槽)的混合型氮化镓二极管,并研发了一种加工技术,可有选择性地移除n型层上的p型层,从而实现大工作电流和低开启电压,同时实现1.6kV的击穿电压。

在低电阻氮化镓基板上装配二极管:

针对这一开发,我们采用了具有低电阻的导电氮化镓基板,它们已被广泛商业化地应用于LED和半导体激光器,预计未来将被应用于功率器件,并被确立为外延生长以及在二极管成型之前在氮化镓基板上加工的技术。一种电流沿着垂直方向流动的结构,可实现更小芯片面积和更低电阻。

这一工作得到了日本政府环境部的部分支持。

松下于2015年9月在日本札幌举行的2015年固态器件和材料国际会议上展示了这一研发成果。

*1 与额定电压为1,200V的碳化硅二极管相比

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