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之前石大小生对GaN HEMT是什么意思都不直达，唉，半导体要学的东西真是太多啦。
1、GaN HEMT是个啥
GaN HEMT(High Electron Mobility Transistors)是氮化镓高电子迁移率晶体管，作为宽禁带(WBG：wide band gap )，功率半导体器件的代表，器件在高频功率应用方面有巨大的潜力。GaN材料相比于 Si 和SiC 具有更高的电子迁移率、饱和电子速度和击穿电场，GaN功率器件可以实现更小的导通电阻和栅极电荷(意味着更优秀的传导和开关性能)。因此GaN功率器件更适合于高频应用场合，对提升变换器的效率和功率密度非常有利。目前GaN功率器件主要应用于电源适配器、车载充电、数据中心等领域，也逐渐成为5G基站电源的最佳解决方案。
2、GaN HEMT分类
①工作形式
GaN HEMT器件从工作形式上可以分为耗尽型（D-mode）和增强型（E-mode）两类器件。从电路的设计和安全性考虑，需要功率器件为E-mode器件，常见的E-mode器件如图1所示，主要结构为图2（a）凹槽栅、图2（b）F离子注入栅、图2（c）p-GaN栅和图2（d）Cascode结构。其中，凹槽栅器件由于刻蚀凹槽和凹槽栅介质的界面态问题难以解决，器件可靠性得不到保障，还需要进一步研究；F离子注入栅极，由于注入F离子的不稳定性，导致器件可靠性低的问题难以解决。截至目前，凹槽栅和F离子注入栅两种器件还没有实现市场应用。Cascode结构由于栅极驱动采用Si功率器件，电路设计可以借鉴传统Si功率驱动，实现较为简单，同时D-mode HEMT器件具有较高的可靠性。p-GaN栅极器件，利用MOCVD一次外延形成p-GaN帽层，采用选择性刻蚀工艺和PEALD等离子体处理介质沉积技术，使器件具有较高的可靠性。Cascode和p-GaN栅两种器件已经在消费类快充产品领域实现了应用，但是Cascode结构和p-GaN栅结构还存在一定的问题，Cascode由于集成了Si功率器件，不仅成本增加，而且器件频率也受到一定的限制；p-GaN栅器件的阈值电压和栅极电压正向摆幅较低。以上问题阻碍了GaN HEMT向工业级和车规级领域应用的进度。
②器件结构类型
可分为横向和纵向两种结构，如下图所示。横向GaN功率器件适用于高频和中功率应用，而垂直GaN功率器件可用于高功率模块。垂直GaN 功率器件尚未在市场上出售，目前处于大量研究以使器件商业化的阶段。
还有一种说法：从器件结构看，GaN 器件分为纵向和横向结构。纵向结构的器件需要用到 GaN 自支撑衬底，而目前来看，GaN 自支撑外延片的成本较高，且 GaN 自支撑衬底的外延片尺寸较小，这就使得单个器件的成本更高。同时 GaN 纵向结构的器件并没有利用到 GaN 材料最大的优势——2DEG，而横向结构的器件则能很好地利用到这一特点。横向器件从开关类型看，分为耗尽型（常开型，D-mode）和增强型（常关型，E-mode）器件。由于 AlGaN/GaN 界面会产生高电子浓度（约1013 cm-2·eV-1）、高迁移率 [约 2000 cm2/ （V·s）]的2DEG（二维电子气，石大小生有点low，听不太懂这是啥），传统的 GaN HEMT 是耗尽型的，即器件栅极在零偏压下沟道中仍然存在高浓度的 2DEG，使器件处于开启状态。而增强型器件在栅极零偏压时可以耗尽栅下沟道中的 2DEG，使器件处于关断状态。增强型器件也因此具有安全、节能和能简化电路设计等方面的优势，是未来功率器件的重要发展方向。
3、典型AlGaN/GaNHEMT器件的基本结构
典型AlGaN/GaNHEMT器件的基本结构如图5所示。器件最底层是衬底层(一般为SiC或Si材料)，然后外延生长N型GaN缓冲层，外延生长的P型AlGaN势垒层，形成AlGaN/GaN异质结。最后在AlGaN层上淀积形成肖特基接触的栅极(G)，源极(S)和漏极(D)进行高浓度掺杂并与沟道中的二维电子气相连形成欧姆接触。
4、GaN HEMT器件加工所用设备
GaN HEMT 作为平面器件，制作工艺相对简单，原材料和基础工艺可以依托我国现有庞大的发光二极管（LED）照明产业，因此更容易实现大规模产业化。
5、总结
目前，SiC 在高压（高于 1200 V）市场占据明显优势，但在功率转换和高频工作方面，GaN 具有更加明显的优势。GaN 转换器的低损耗归因于其低的开关损耗，这是由于 GaN 相比于 SiC 具有更好的电子传输能力。
从市场应用角度来看，以耐受电压 600~1200 V 为界，低于 600 V 的市场以 GaN 为主，主要面向消费类电子领域，这是目前 GaN 材料切入市场的最主要突破口。600~1200 V 这一区间是 GaN 与 SiC 共存的领域，其主要应用在电动汽车（EV）与混合动力汽车（HEV）的转换器以及可再生能源的逆变器中。高于 1200 V 的市场以 SiC 为主，未来 GaN 材料可能会进一步提高。
以上。
最后，石大小生建了一个半导体行业交流群，感兴趣的朋友可以加入，先加小编（务必备注公司+姓名，否则不予通过，感谢理解），谢谢。
