Ermittlung der Verlustleistungen in einem Synchron-Tiefsetzsteller mit Niedervolt-GaN-HFETs

Wenn sich in einem wichtigen Bereich der Elektrotechnik ein neues Halbleitermaterial zu etablieren beginnt, weckt dies einerseits Erwartungen der Wirtschaft und Industrie, andererseits kann es eine erhebliche Herausforderung für die Hersteller bedeuten. Nachdem Gallium-Nitrid erstmalig vor 20 Jahren als Transistor verwendet wurde und seit über einer Dekade serienmäßig in der Hochfrequenztechnik eingesetzt wird, erobert es nun die Leistungselektronik. Die ausschlaggebenden Kriterien sind hier die Verwendbarkeit bei höheren Betriebstemperaturen, die Energieeffizienz und die Reduzierung von Größe und Gewicht durch den Betrieb bei höheren Schaltfrequenzen. Die vorliegende Arbeit basiert auf der Motivation zunächst einen möglichst breit angelegten Überblick des ständig wachsenden Angebotsspektrums zu geben, das mittlerweile durch die vielfältigen Varianten der verfügbaren Transistoren an Übersichtlichkeit etwas verloren hat. Nach einer ausführlichen Erläuterung der physikalischen und elektrischen Eigenschaften, werden die jeweiligen Typen in überschaubaren Abschnitten beschrieben und im Anschluss tabellarisch zusammengefasst. Die elektrischen Eigenschaften der hier ausgewählten EPC 2010 eGaN-HFETs (200 V Spannungsklasse) werden eingehend diskutiert. Das Schaltverhalten der eGaN-HFETs in einem Synchron-Tiefsetzsteller wird untersucht und modelliert. Eine Analyse aller in den GaN-FETs entstehenden Verlustleistungen wird durchgeführt. Zur Abschätzung der dynamischen Verlustleistungen wird eine analytische Methode umgesetzt und weiter entwickelt. Um die Vorteile der erhöhten Schaltfrequenzen nutzen zu können, erfolgt eine sehr ausführliche Betrachtung der notwendigen magnetischen Komponenten, deren Auswahl- und Verwendungskriterien im Detail untersucht, evaluiert und aufgegliedert werden. Diese werden im praktischen Teil ausgiebig in Verbindung mit den GaN-Transistoren ausgesucht und messtechnisch bewertet. Theoretische Betrachtungen hinsichtlich der Grenzen, die magnetische Bauelemente schnell schaltenden Halbleitern auferlegen, werden durchgeführt. Da die untersuchten Niedervolt-GaN-HFETs quasi kein Gehäuse haben, ist eine korrekte Strommessung nicht realisierbar. Am praktischen Beispiel eines Synchron-Tiefsetzstellers werden zwei experimentelle Methoden entwickelt, mit deren Hilfe die Verlustleistungen in den EPC 2010 eGaN-HFETs ermittelt werden. Anschließend wird das Verbesserungspotential der GaN-Leistungstransistoren erläutert sowie deren Anwendungsbereiche diskutiert.

Implementación de un Modelo para HFETs en SPICE3 de Berkeley

Memoria del Proyecto Fin de Carrera "Implementación de un Modelo para HFETs en SPICE3 de Berkeley"

Influence of annealed ohmic contact metals on electron mobility of strained AlGaN/GaN heterostructures

The influence of annealed ohmic contact metals on the electron mobility of a two dimensional electron gas (2DEG) is investigated on ungated AlGaN/GaN heterostructures and AlGaN/GaN heterostructure field effect transistors (AlGaN/GaN HFETs). Current-voltage (I-V) characteristics for ungated AlGaN/GaN heterostructures and capacitance-voltage (C-V) characteristics for AlGaN/GaN HFETs are obtained, and the electron mobility for the ungated AlGaN/GaN heterostructure is calculated. It is found that the electron mobility of the 2DEG for the ungated AlGaN/GaN heterostructure is decreased by more than 50% compared with the electron mobility of Hall measurements. We propose that defects are introduced into the AlGaN barrier layer and the strain of the AlGaN barrier layer is changed during the annealing process of the source and drain, causing the decrease in the electron mobility.

Effects of polarization field on formation of two-dimensional electron gas in (0001) and (11(2)over-bar0) plane AlGaN/GaN heterostructures

Photoluminescence (PL) and temperature-dependent Hall effect measurements were carried out in (0001) and (11 (2) over bar0) AlGaN/GaN heterostructures grown on sapphire substrates by metalorganic chemical vapor deposition. There are strong spontaneous and piezoelectric electric fields (SPF) along the growth orientation of the (0001) AlGaN/GaN heterostructures. At the same time there are no corresponding SPF along that of the (1120) AlGaN/GaN. A strong PL peak related to the recombination between two-dimensional electron gas (2DEG) and photoexcited holes was observed at 3.258 eV at room temperature in (0001) AlGaN/GaN heterointerfaces while no corresponding PL peak was observed in (11 (2) over bar0). The existence of a 2DEG was observed in (0001) AlGaN/GaN multi-layers with a mobility saturated at 6000 cm(2)/V s below 80 K, whereas a much lower mobility was measured in (11 (2) over bar0). These results indicated that the SPF was the main element to cause the high mobility and high sheet-electron-density 2DEG in AlGaN/GaN heterostructures. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.