在學(xué)習(xí)電力電子器件時(shí)，我們都知道當(dāng)Vgs=0時(shí)，MOSFET還是可以反向傳導(dǎo)電流，因?yàn)樗幸粋€(gè)體二極管。IGBT不能反向傳導(dǎo)，因?yàn)槠錄]有體二極管。工程師們也會(huì)關(guān)注體二極管的一些特性，比如反向恢復(fù)時(shí)間Trr，反向恢復(fù)電荷Qrr等等。一直以來都很好，直到GaN HEMTs的出現(xiàn)。

　　工程師：“GaN HEMT可以在Vgs=0時(shí)反向?qū)▎?？?/p>

　　“可以。”

　　工程師：“那體二極管的反向特性如何？”

　　“GaN HEMT沒有體二極管?！?/p>

　　工程師于是感到非常困惑，GaN HEMT可以反向?qū)?，那到底有還是沒有體二極管？

　　這個(gè)時(shí)候就需要從GaN HEMT的結(jié)構(gòu)說起，其導(dǎo)電通道為AlGaN和GaN異質(zhì)結(jié)壓電極化效應(yīng)所形成橫向二維電子氣（2DEG），并提供了極高的電荷密度和遷移率。對(duì)于增強(qiáng)型GaN HEMT（E-GaN），正極柵偏置（Vgs》Vgsth）將電子吸引到耗盡區(qū)，并打開2DEG通道。這種特性與NMOS的工作原理相似，但是GaN HEMT具有快速的開關(guān)特性。

　　由上圖GaN HEMT的結(jié)構(gòu)可以看到，GaN并沒有像MOSFET一樣有從Source到Drain的反向PN結(jié)，但是由于其對(duì)稱結(jié)構(gòu)及雙向?qū)щ娡ǖ?，GaN HEMT是可以雙向?qū)ǖ?。在Vgs=0， Vds《0時(shí)，由于其對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)Vgd》Vgdth時(shí)，2DEG通道被打開，GaN HEMT開始反向?qū)ā＿@種效應(yīng)被稱為反向?qū)ㄗ該Q相，即當(dāng)Vds《0時(shí)，原來的Drain換作為“Source”，Source換作為“Drain”。

　　因此當(dāng)GaN HEMT 反向?qū)〞r(shí)，反向電壓Vsd必須要滿足如下條件：Vsd》Vgdth-Vgs （1）

　　由于柵極通常比較靠近源極，Vgdth會(huì)比Vgsth要稍微高一些，我們可以近似認(rèn)為兩者大致相等，那么GaN HEMT反向?qū)〞r(shí)的壓降可以由下式得出：

　　Vsd-drop=Vgsth-Vgs+Id*Rds（on） （2）

　　由此可以看出GaN HEMT反向?qū)ǖ膲航颠€和Vgs電壓有關(guān)系，如果GaN HEMT是負(fù)壓關(guān)斷的，那么其反向?qū)▔航禃?huì)更大。

　　GaN HEMT反向?qū)ǖ膬?yōu)點(diǎn)：

　　首先，GaN HEMT是通過自換相來完成反向?qū)?，沒有類似MOSFET那樣的體二極管。沒有體二極管就意味著沒有二極管的反向恢復(fù)，沒有Qrr，這就使得GaN HEMT非常適合半橋硬開關(guān)。GaN的零反向恢復(fù)還可以實(shí)現(xiàn)新的高效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如連續(xù)型無橋式圖騰柱PFC，這是傳統(tǒng)硅器件所不能做到的。

　　其次，沒有體二極管也意味著沒有體二極管剛導(dǎo)通時(shí)的噪聲。這樣EMI設(shè)計(jì)變得相對(duì)容易，性能也會(huì)更好。

　　當(dāng)然，沒有體二極管也確實(shí)有個(gè)缺點(diǎn)，即相對(duì)于MOSFET體二極管反向?qū)?，GaN HEMT有著較高的反向?qū)▔航?。如何降低高的反向壓降帶來的影響呢?/p>

　　一方面，我們可以從減小反向?qū)▔航抵?。由上面式?）我們可以知道反向?qū)▔航颠€和GaN HEMT關(guān)斷時(shí)的Vgs電壓相關(guān)聯(lián)。GaN HEMT的開關(guān)速度比較快，并且E-GaN的柵極開通門檻Vgsth比較低，通常實(shí)際應(yīng)用中為了防止高dv/dt以及驅(qū)動(dòng)回路的寄生參數(shù)造成的誤開通，都會(huì)建議Vgs負(fù)壓關(guān)斷GaN HEMT。

　　由于Vgs的負(fù)壓就會(huì)導(dǎo)致較高的反向?qū)▔航?。納微半導(dǎo)體氮化鎵是單晶圓集成驅(qū)動(dòng)的Power IC，驅(qū)動(dòng)回路幾乎沒有寄生參數(shù)影響，因此可以使用Vgs=0關(guān)斷GaN HEMT，從而降低其反向?qū)▔航怠?/p>

　　另一方面，GaN-HEMT快速的開關(guān)特性可以讓我們?cè)O(shè)置比硅MOSFET更短的死區(qū)時(shí)間。一般來說，縮短死區(qū)時(shí)間帶來的效率遠(yuǎn)大于更高的反向電壓降帶來的效率損失。

　　也許沒有反向恢復(fù)，高導(dǎo)通壓降的“體二極管”解釋能更容易幫助工程師理解GaN HEMT如何反向?qū)?，但是清楚了解GaN HEMT的結(jié)構(gòu)及其工作原理能更好的幫助工程師理解其特性并消除對(duì)GaN HEMT反向?qū)ǖ睦Щ蟆?/p>

　　納微半導(dǎo)體（Navitas Semiconductor）是全球第一家氮化鎵功率IC公司，成立于2014年，總部位于愛爾蘭，擁有一支強(qiáng)大且不斷壯大的功率半導(dǎo)體行業(yè)專家團(tuán)隊(duì)，在材料、器件、應(yīng)用、系統(tǒng)、設(shè)計(jì)和市場(chǎng)營(yíng)銷方面，擁有行業(yè)領(lǐng)先的豐富經(jīng)驗(yàn)，公司創(chuàng)始者擁有320多項(xiàng)專利。GaNFast功率IC將GaN功率（FET）與驅(qū)動(dòng)，控制和保護(hù)集成在一起，可為移動(dòng)、消費(fèi)電子、企業(yè)、電動(dòng)交通和新能源市場(chǎng)提供更快的充電，更高的功率密度和更強(qiáng)大的節(jié)能效果。納微在GaN器件，芯片設(shè)計(jì)，封裝，應(yīng)用和系統(tǒng)的所有方面已發(fā)布和正在申請(qǐng)的專利超過120項(xiàng)，已完成生產(chǎn)并成功交付了超過1300萬顆GaNFast氮化鎵功率IC，產(chǎn)品質(zhì)量和出貨量全球領(lǐng)先。