CN108062445A - 一种共源共栅氮化镓器件及其应用 - Google Patents

一种共源共栅氮化镓器件及其应用 Download PDF

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朱田华
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Abstract

本发明公开了一种新型的共源共栅氮化镓器件及其应用，包括硅器件和若干并联的氮化镓器件，所述硅器件与若干并联的氮化镓器件串联连接形成共源共栅结构；若干并联的氮化镓器件的源极均与硅器件的漏极相连接，若干并联的氮化镓器件的栅极均与硅器件的源极相连接，若干并联的氮化镓器件的漏极共接作为整个共源共栅氮化镓器件的漏极。本发明仅需使用一个驱动芯片，即可达到现有氮化镓器件两倍及以上的通流能力，从而可增大功率密度、提高系统效率和节省成本。

Description

一种共源共栅氮化镓器件及其应用
技术领域
本发明属于宽禁带半导体器件领域，特别涉及一种新型的共源共栅氮化镓器件。
背景技术
现有的600V及以上耐压的氮化镓器件，最大耐流均不超过70A。为了适应高频大功率的应用场合，并联氮化镓器件成为一种有效的选择，但其也存在一些问题：用于并联的氮化镓器件特性存在差异；PCB布线需要适当延长且难以实现完全对称；并联开关管的驱动信号之间有延时等等。这些因素可能会导致并联的氮化镓器件电流不均衡分布，甚至引起环流和电流振荡，影响并联的效果。另外，并联所需的驱动芯片数目也成倍增加，不仅提高了成本，还影响系统功率密度的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共源共栅氮化镓器件及其应用，以解决上述存在的技术问题。本发明的共源共栅氮化镓器件，可提高通流能力，增大功率密度，提高系统效率，同时也可节省成本；仅需使用一个驱动芯片，即可达到现有氮化镓器件2倍及以上的通流能力。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种共源共栅氮化镓器件，包括硅器件和若干并联的氮化镓器件，所述硅器件与若干并联的氮化镓器件串联连接形成共源共栅结构；若干并联的氮化镓器件的源极均与硅器件的漏极相连接，若干并联的氮化镓器件的栅极均与硅器件的源极相连接，若干并联的氮化镓器件的漏极共接作为整个共源共栅氮化镓器件的漏极。
进一步的，所述氮化镓器件为耗尽型氮化镓晶体管。
进一步的，耗尽型氮化镓晶体管的数目为N，N由硅器件的最大通流能力Imax_Si和耗尽型氮化镓晶体管的最大耐流值Imax_GaN共同决定，即N＝Imax_Si/Imax_GaN。
进一步的，所述硅器件为一个低耐压的硅MOSFET，其漏源级击穿电压值应不超过耗尽型氮化镓器件的源栅极所能承受的最大电压值(一般为35V)。
进一步的，硅器件的栅极与源极之间连接一个驱动芯片。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
现有的共源共栅型氮化镓器件，是一个硅器件+一个耗尽型氮化镓器件。本发明提出的新型共源共栅氮化镓器件，是一个硅器件+多个并联的耗尽型氮化镓器件。所以只要硅器件的通流能力足够大，整个新型共源共栅器件的通流能力也会成倍提升，同时可增大功率密度，提高系统效率。相比于直接并联氮化镓器件以实现大电流应用的方案，本发明仅需使用一个驱动芯片，通过仿真验证，其可达到现有氮化镓器件两倍及以上的通流能力，可增大功率密度、提高系统效率和节省成本。
附图说明
图1为本发明的一种共源共栅氮化镓器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。
参考图1，本发明提出一种共源共栅氮化镓器件，可用作通断开关，包括：一个低耐压的硅MOSFET M1和若干并联的耗尽型氮化镓晶体管(N1、N2、N3……NN)，硅MOSFET M1和若干并联的耗尽型氮化镓晶体管串联连接。
并联的氮化镓晶体管数目为N，N由硅器件的最大通流能力Imax_Si和耗尽型氮化镓晶体管的最大耐流值Imax_GaN共同决定，即N＝Imax_Si/Imax_GaN；N取Imax_Si/Imax_GaN比值的整数。并联的耗尽型氮化镓晶体管N1～NN的源极共同连接到硅MOSFET M1的漏极，耗尽型氮化镓晶体管N1～NN的栅极共同连接到硅MOSFET M1的源极，耗尽型氮化镓晶体管N1～NN的漏极共接，连接到整个共源共栅器件的漏极。
工作原理：
硅MOSFET M1控制着并联的耗尽型氮化镓晶体管同时开断。当硅MOSFET M1开通时，其漏源极电压减小到0V。由图1可知，硅MOSFET M1的漏源极电压等于耗尽型氮化镓晶体管的源栅极电压，即此时并联的氮化镓晶体管的栅源极电压变为0，故氮化镓晶体管全部开通，从而整个共源共栅器件开通。当硅MOSFET M1关断时，其漏源极电压上升，即耗尽型氮化镓晶体管的栅源极电压下降，当低于其开通阈值时，并联的氮化镓晶体管全部关断，整个共源共栅器件也随之关断。
本发明仅在硅MOSFET M1的栅极与源极之间连接一个驱动芯片，通过该驱动芯片使硅MOSFET M1导通，进而就能够使整个共源共栅器件工作。
本发明一种共源共栅氮化镓器件可以用作通断开关。

Claims (7)

1.一种共源共栅氮化镓器件，其特征在于，包括硅器件和若干并联的氮化镓器件，所述硅器件与若干并联的氮化镓器件串联连接形成共源共栅结构；
若干并联的氮化镓器件的源极均与硅器件的漏极相连接，若干并联的氮化镓器件的栅极均与硅器件的源极相连接，若干并联的氮化镓器件的漏极共接作为整个共源共栅氮化镓器件的漏极。
2.根据权利要求1所述的一种共源共栅氮化镓器件，其特征在于，所述氮化镓器件为耗尽型氮化镓晶体管。
3.根据权利要求2所述的一种共源共栅氮化镓器件，其特征在于，耗尽型氮化镓晶体管的数目为N，N由硅器件的最大通流能力Imax_Si和耗尽型氮化镓晶体管的最大耐流值Imax_GaN共同决定，即N＝Imax_Si/Imax_GaN。
4.根据权利要求1所述的一种共源共栅氮化镓器件，其特征在于，所述硅器件为一个低耐压的硅MOSFET，其漏源级击穿电压值应小于或等于耗尽型氮化镓器件的源栅极所能承受的最大电压值。
5.根据权利要求4所述的一种共源共栅氮化镓器件，其特征在于，耗尽型氮化镓器件的源栅极所能承受的最大电压值为35V。
6.根据权利要求1所述的一种共源共栅氮化镓器件，其特征在于，硅器件的栅极与源极之间连接一个驱动芯片。
7.权利要求1至6中任一项所述的一种共源共栅氮化镓器件用作通断开关的应用。
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