干货分享 | Gan FET：为何选择共源共栅？

在过去几年里，GaN 技术，特别是硅基 GaN HEMT 技术，已成为电源工程师的关注重点。该技术承诺提供许多应用所需的大功率高性能和高频开关能力。然而，随着商用 GaN FET 变得更容易获得，一个关键问题仍然存在——为何选择共源共栅？

当我们去看 GaN HEMT 器件的物理和电气性质时，有一个明显的挑战。GaN HEMT 的自然操作模式是常态导通的耗尽型晶体管。但工程师习惯使用常态关断的器件，并且从安全的角度来看这也带来好处。因此，需要解决 GaN HEMT 的常态开通问题，以提供常态关断的操作。目前有两种主要方法来应对这一挑战。一是改变器件的结构，使其在增强模式(e-mode)下工作。第二种是使用堆叠芯片封装的共源共栅器件，串联一个常态关断的低 RDSon 的低压硅 MOSFET。

稳定的高功率操作

e-mode 和共源共栅的效率与热特性接近，但相似之处仅此而已。在器件稳定性可靠性和易操作性方面，共源共栅配置提供耐用和可靠的绝缘（介质）栅极结构。这意味着，共源共栅 GaN FET 的栅极耐压额定值为 ± 20 V（与现有硅的超结技术相同），使用简单的低成本的驱动电压为 0-10 或 12 V 的标准栅极驱动器即可。并保留了自然操作模式 GaN HEMT 的更好的耐压特性和开关性能。

当然，串联一个优化过的低压硅 MOSFET 确实会增加共源共栅模式 GaN 器件的 RDS(on) 和 QRR。然而，这些增幅非常小，甚至微不足道，特别是考虑到，耐用和可靠的绝缘（介质）栅极结构和高性能体二极管给 GaN HEMT 带来的操作优势时。例如，增加的 RDS(on) 通常小于10%，仍然具有出色的 HEMT RDS(on)。对于 QRR，低压 MOSFET 的确会增加一个非常小的值，但共源共栅结构GaN与同规格的高压硅器件相比，Qrr 值会低一个数量级。

对于高电压/大电流/高功率应用，尤其是汽车应用，耐用性和可靠性至关重要。共源共栅结构 GaN 符合更高的 AEC-Q101 车规认证要求，甚至超出，同时低压硅 MOSFET 也属于车规级，满足所有汽车要求。此外，高开启阈值电压 (Vth ~ 4 V) 提高抗干扰能力，消除了因高 dv/dt 和 di/dt 而意外开启的可能性，减少半桥电路中直通的风险。总体而言，这确保了应用的稳定性，而耐用的低Vf的反向续流能力又进一步增强了应用性能。

共源共栅——答案显而易见

耐用的栅极结构、高栅极开启阈值电压、简单的栅极驱动、超低反向恢复损耗、超低 Vf 的体二极管、简单的控制斜率、高瞬态耐压能力和双向导通拓扑。综合所有因素考虑，从 Nexperia（安世半导体）的角度来看，对于 650 V GaN FET 的高电压/大电流/高功率应用，答案明显是选择共源共栅模式。

当然，未来常态关断的 GaN HEMT 器件出现一个耐用、可靠的电介质、高开启阈值电压的栅极结构时，我们将回顾哪种技术能够为客户提供最佳选择。到那时，问题应该不再是“为何选择共源共栅”，而是“如何利用650 V GaN FETs”。

来源：安世半导体