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研究与设计ResearchandDesign

增强型GaN功率管的可靠性分析

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赵媛，王立新，赵高峰，郭敏

（1.中国科学院微电子研究所，北京100029；

2.河南大学，河南475001）

摘要：阐述氮化镓器件的结构和特性，描述其开关导通过程并搭建等效模型，从内部驱动电路和外界共

模瞬态（CMT）事件的影响两方面进行分析，得出影响氮化镓功率器件可靠性的因素，基于此可靠性分

析提出对于不同功率管误开启事件采用的不同解决方案，并通过Cadence仿真软件进行ADE仿真，印证

其可靠性结果。

关键词：增强型氮化镓器件，半桥驱动电路，欠阻尼关断，共模瞬态抗扰度。

中图分类号：TN402，TN432文章编号：1674-2583(2024)04-0022-04

DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2024.04.008

文献引用格式：赵媛，王立新，赵高峰，郭敏.增强型GaN功率管的可靠性分析[J].集成电路应用,2024,

41(04):22-25.

AnalysisofReliabilityofEnhancedGaNPower

Transistors

1121

ZHAOYuan,WANGLixin,ZHAOGaofeng,GUOMin

(1.InstituteofMicroelectronics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China.

2.HenanUniversity,Henan475001,China.)

Abstract—Thispaperexpoundstheswitchconductionprocessandbuildtheequivalent

modelthroughtheelaborationofGalliumNitridedevicestructureandcharacteristics,andcarriesonthe

analysisfromtwoparts,drivecircuitandtheoutsideenvironmentfromwithintheinfluenceofcommon

modetransientevents(CMTI),concludedthatthedifferentfactorseffectingthereliabilityofgallium

nitridepowerdevice,basedonthereliabilityanalysisisputforwardfordifferentpowertubeopening

eventwithdifferentsolutions,andADEbyCadencesimulationsoftwaresimulationverifythereliabilityof

theresults.

IndexTerms—enhancemode-GAN,half-bridgedriver,owedampingoff,CMTI.

0引言增强型器件的栅极驱动阈值电压与最大栅-源

目前市场上量产的GAN氮化镓功率型器件一般极电压均低于传统硅功率器件，且开通阈值电压与

分为增强型GaN（EnhanceMode-GAN，E-mode）和最大栅-源极电压比较接近[3]。图1所示是半桥驱动

耗尽型GaN(Depletion-Mode,D-mode)两种[1]。电路的典型示意图，M1和M2为半桥驱动电路所驱动

耗尽型采用的是Cascode级联形式结构，即在内部的外部功率器件，当高边通道输出信号为高电平，

串联一个低压增强型N沟道MOS，对匹配性上有一定低边通道输出低电平时，功率管M1开启，M2关断；

挑战且成本较高，器件的可靠性大大降低；相比之当高