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Si基GaNHEMT功率电子器件研制综述报告
摘要：
随着能源需求的日益增长和电力质量的提高，功率电子器件已成为现代电力传动技术的核心。Si基功率MOSFET和IGBT已广泛应用于电动汽车、风能、太阳能等领域。然而，随着功率电子产业的快速发展，传统的Si功率器件已不能满足需求。因此，人们开始寻求新的解决方案，GaNHEMT由于其卓越的性能，在近年来备受瞩目。本文从GaNHEMT的性能优势、发展历程、制备方法和研究进展几个方面综述了GaNHEMT功率电子器件的研究进展，同时总结了面临的主要问题及发展趋势。
关键词：Si基功率器件；GaNHEMT；性能优势；制备方法；研究进展；面临问题；发展趋势
一、绪论
功率电子器件作为电力传动和变换的核心部件，广泛应用于各个领域。Si功率MOSFET和IGBT由于制造工艺成熟、市场需求大等优势已成为最广泛应用的功率器件，但是Si功率器件的瓶颈是其固有材料限制，如MOSFET漏电流和IGBT饱和电压等问题无法解决。随着功率电子领域技术的快速发展，人们寻求新的解决方案。GaNHEMT由于其卓越的性能开始受到重视。
GaN是一种III-V族化合物半导体，由于其大的带隙和强的电子输运能力，在高速、高温和高功率电子器件中具有很好的应用前景。其中GaNHEMT(F-HEMT)是一种基于表面场效应的高电子迁移率晶体管，由于具有无穷大的输出阻抗、高开关速度等优势，在高功率、高频、高温电子器件中应用广泛。目前GaNHEMT已成功应用于GaN-LED驱动器、电源逆变器、交换电源等领域。
本文主要对Si基GaNHEMT功率电子器件进行综述，分为四个部分：GaNHEMT的性能优势、发展历程、制备方法和研究进展。同时简单分析GaNHEMT主要面临的问题和未来发展趋势。
二、GaNHEMT的性能优势
1.高迁移率：GaNHEMT的电子迁移率比普通MOSFET高50-100倍，单向输运质量好。
2.高阻抗：GaNHEMT的输出阻抗非常大，因此适用于RF高功率放大器和微波开关等应用。
3.高饱和电流：GaNHEMT的饱和电流比SiMOSFET大约10倍，适用于高功率应用。
4.高开关速度：GaNHEMT的开关速度比普通MOSFET快100倍以上，适用于高频应用。
5.高温稳定性：由于GaN自带隙大，所以在高温下表现出极好的热稳定性。
三、GaNHEMT的发展历程
GaNHEMT最初是由福冈实验室推出的，随后，它在不同地区的研究人员的合作下迅速发展。2005年，日立公司率先发布了1000V级GaNHEMT器件。2009年，日本山东大学设计出100kW级的高频矩阵逆变器，证明了GaNHEMT在功率应用领域的实用性。2010年，美国GaNSystems公司发布了第一个可商用的GaNHEMT器件，其主要应用在电源逆变器和LED驱动器中。目前世界上主要的GaNHEMT研究团队主要分布在日本、美国和韩国等国家。
四、GaNHEMT的制备方法
目前，GaNHEMT的制备方法主要有金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)等。MOCVD法是目前GaNHEMT晶体管器件最常用的制备方法，被认为是实现高质量GaNHEMT晶体管的重要技术。MBE法具有优异的晶体质量和低缺陷密度等优点，但因为其制造成本高和工艺复杂等原因，尚未得到广泛应用。LP-MOCVD法是一种新型的制备方法，其制备过程较短，成本相对较低，但目前其晶体质量和性能尚未达到MOCVD法的水平。
五、GaNHEMT的研究进展
目前GaNHEMT的研究主要集中在两个方面：基础研究和应用研究。
1.基础研究：主要涉及GaNHEMT材料的性质和效应、结构设计和制备工艺等方面。其中，GaNHEMT材料的性质和效应研究是基础研究的重点，其目的是为了了解材料的物理与化学性质，分析其优缺点，以提高材料的质量。结构设计主要包括晶体结构、引入缺陷和控制MEMS器件等方面的工作。
2.应用研究：应用研究主要是将GaNHEMT技术应用于各种电力电子领域的具体应用中，其中早期主要集中在信号电子学领域，如功率放大器、低噪声放大器等方面的应用。近年来，随着电动汽车和可再生能源领域的迅速发展，GaNHEMT在电动汽车和可再生能源领域的应用日益广泛。
六、GaNHEMT面临的问题和发展趋势
1.面临的主要问题：GaNHEMT仍然存在许多问题，如晶体缺陷、设备偏移电流、封装等问题，限制了其发展速度。
2.未来发展趋势：未来将继续探索GaNHEMT的波长范围、电流密度和热稳定性等特性，同时，GaNHEMT技术将继续在电动汽车、太阳能逆变器、LED驱动器等领域得到广泛应用。
七、结论
本文重点阐述了GaNHEMT技术的性能优势、发展历程、制备方法和研究进展等方面的