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近日英飛凌推出全球首款集成SBD（肖特基二極管）的工業(yè)用GaN晶體管產(chǎn)品系列CoolGaN G5，該產(chǎn)品系列通過(guò)減少不必要的死區(qū)損耗提高功率系統(tǒng)的性能，進(jìn)一步提升整體系統(tǒng)效率。此外，該集成解決方案還簡(jiǎn)化了功率級(jí)設(shè)計(jì)，降低了用料成本。

在功率晶體管中集成SBD的做法，此前在SiC MOSFET中，業(yè)界有不少的研究。三菱在2013年提出了集成SBD的SiC MOSFET相關(guān)專(zhuān)利，并在2023年推出采用這種新型器件的SiC功率模塊。

為什么要將SBD集成到SiC MOSFET? MOSFET結(jié)構(gòu)中源極（Source）與漏極（Drain）之間的PN結(jié)會(huì)自然形成體二極管，作為MOSFET結(jié)構(gòu)的副產(chǎn)物，通過(guò)合理設(shè)計(jì)可以為MOSFET提供保護(hù)，提高可靠性。但體二極管的反向恢復(fù)特性較差，以及體二極管的長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通引起的可靠性問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中往往會(huì)在外部反向并聯(lián)SBD作為續(xù)流通道。

但為了提高集成度，以及避免引入更多寄生電容電感，所以將SBD集成到SiC MOSFET中成為一個(gè)方向。

那么對(duì)于GaN FET而言，英飛凌介紹，在硬開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，由于GaN器件的有效體二極管電壓（VSD）較大，基于GaN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生較高的功率損耗。如果控制器的死區(qū)時(shí)間較長(zhǎng)，那么這種情況就會(huì)更加嚴(yán)重，導(dǎo)致效率低于目標(biāo)值。目前功率器件設(shè)計(jì)工程師通常需要將外部肖特基二極管與GaN晶體管并聯(lián)，或者通過(guò)控制器縮短死區(qū)時(shí)間。然而，無(wú)論哪種方法都需耗費(fèi)額外的精力、時(shí)間和成本。

因此將SBD集成到GaN 晶體管中就能顯著解決這些問(wèn)題。由于缺乏體二極管，GaN晶體管的反向傳導(dǎo)電壓（VRC）取決于閾值電壓（VTH）和關(guān)斷態(tài)下的柵極偏置偏壓（VGS）。此外，GaN晶體管的VTH 通常高于硅二極管的導(dǎo)通電壓，這就導(dǎo)致了反向傳導(dǎo)工作（也稱(chēng)為第三象限）期間的劣勢(shì)。因此，采用這種新型CoolGaN晶體管后，反向傳導(dǎo)損耗降低，能與更多高邊柵極驅(qū)動(dòng)器兼容，且由于死區(qū)時(shí)間放寬，控制器的兼容性變得更廣，顯著簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

據(jù)英飛凌介紹，首款集成SBD的GaN FET是一款100V 1.5mΩ，E-Mode常閉型，采用3 x 5 mm PQFN封裝的產(chǎn)品，適用于數(shù)據(jù)中心IBC、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、DC-DC、充電器等應(yīng)用。

隨著功率電子系統(tǒng)的高效化、小型化與智能化趨勢(shì)，功率器件的集成化正在進(jìn)一步加速落地。三菱在去年已經(jīng)向市場(chǎng)推出了3kV SBD嵌入式SiC MOSFET模塊，而英飛凌集成SBD的GaN晶體管，目前也開(kāi)始提供工程樣品，相信未來(lái)將會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)更多新型的器件。