GaN Power Electronic Devices Lab

GaN-basierte Schalttransistoren und Schottkydioden für hohe Spannungen ermöglichen effiziente Leistungskonverter mit besonders hoher Leistungsdichte. Wegen des geringen flächenspezifischen Einschaltwiderstands (bei gegebener Sperrspannung) und der geringen für das Schalten nötige Gateladung können mit den lateral aufgebauten GaN-HFETs sehr hohe Konverterschaltfrequenzen erreicht werden

  • GaN-Transistoren im Waferverbund
    [+] 65 mOhm / 600 V GaN-Transistoren (4.4 x 2.3 mm) auf einem 4" Wafer. Kleine Teststrukturen sind auch erkennbar.
  • GaN-Transistorzelle
    [+] Teil einer Transistorzelle mit Source, Gate und Feldplatte (REM-Bild)
  • GaN-auf-SiC Transistorchip
    [+] selbstsperrender 65 mOhm / 600 V GaN-auf-SiC Transistorchip (4.4 x 2.3 mm)
  • GaN-Schottkydiode
    [+] 100 mOhm / 600 V GaN-Schottkydiode in einem Testgehäuse

Selbstsperrende HV Schalttransistoren

Kennlinien selbstsperrender Schalttransistor
Ausgangskennlinienfeld eines selbstsperrenden 65 mOhm / 600 V Schalttransistors
Schalttransiente Testtransistor
600 V / 0.3 A Schalttransiente eines kleinen 5 Ohm Testtransistors

Selbstsperrendes  Verhalten ist für den Einsatz in leistungselektronischen Anwendungen aus Systemsicherheitsüberlegungen unabdingbar. Das FBH setzt für die GaN-Transistoren ein  p-GaN-Gatemodul ein, welches die GaN-HFETs in intrinsisch selbstsperrende Transistoren überführt.

Schlüsselparameter:

  • 65 mΩ / 600 V Transistor
  • 4.4 x 2.3 mm2 Chipabmessungen
  • 1 V Einsatzspannung und 5 V Gateaussteuerung
  • 110 A Pulsstrom
  • 100 µA Leckstrom für den gesperrten Transistor (Vds = 600 V)
  • 15 nC Gateladung und 5 µJ Schaltenergie (Eoss bei 400 V)
  • Dynamischer Ron: 164 mΩ für 2.5 µs nach 600 V Sperrspannung

Aktuelle Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf Bauteile mit niedriger Dispersion bei gleichzeitig hoher Sperrspannung bis 1000 V und auf die weitere Erhöhung der Einsatzspannung.

HV Schottkydioden mit niedriger Einsatzspannung

Laterale GaN-basierte Hochspannungs-Schottkydioden mit besonders niedriger Einsatzspannung und geringer kapazitiver Ladung (Qrr) wurden durch die Entwicklung eines tiefergesetzten Anodenkontakts erzielt. Eine hohe Sperrfähigkeit der Dioden bis 1000 V wurde durch Optimierungen der GaN-basierten Epi-Schichten und der Feldplatten erreicht.

Schlüsselparameter:

  • 100 mΩ / 600 V Diode
  • 4.4 x 2.3 mm2 Chipabmessungen
  • 0.5 V Einsatzspannung
  • 5.5 nC kapazitive Ladung für eine 400 mΩ / 600 V Diode