《氮化鎵電源發(fā)展研究6400字（論文）》

氮化鎵電源的現(xiàn)狀與未來(lái)綜述報(bào)告1硅功率器件的困境與GaN的優(yōu)勢(shì)1.1硅（Si）功率器件的困境現(xiàn)階段絕大多數(shù)的開(kāi)關(guān)電源所采用的開(kāi)關(guān)器件是硅器件，硅是目前為止最為重要的半導(dǎo)體材料之一，原材易獲得，成本低，發(fā)展歷史悠久，基于Si研發(fā)的器件具有高可靠性。SiMOSFET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor）作為傳統(tǒng)的雙極晶體管的替代品，研制于1976年，是目前最為廣泛使用的開(kāi)關(guān)器件之一。SiMOSFET屬于電壓控制元件，對(duì)驅(qū)動(dòng)電流要求低，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，同時(shí)因其工作原理為利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)速度相對(duì)較快。也正是得益于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的諸多優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)關(guān)電源得以快速的發(fā)展。如今，開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用越來(lái)越廣泛，應(yīng)用于電腦電源、手機(jī)充電器、電動(dòng)汽車充電器、大型服務(wù)器電源、通信設(shè)備電源等，已廣泛應(yīng)用于生活和生產(chǎn)中的各方各面，同時(shí)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展也推動(dòng)了SiMOSFET的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。1978年11月國(guó)際整流器公司推出的IRF100是最早的功率SiMOSFET之一，IRF100器件具有100V的漏、源擊穿電壓和同時(shí)導(dǎo)通電阻又有100mΩ。經(jīng)過(guò)四十年的發(fā)展，SiMOSFET的性能在持續(xù)的發(fā)展提高，如今同樣100V耐壓的SiMOSFET的導(dǎo)通電阻可以降低到3mΩ甚至更低，同時(shí)SiMOSFET的品質(zhì)因數(shù)（FOM）也在逐步優(yōu)化，硅器件的性能已經(jīng)優(yōu)化到幾乎達(dá)到了硅器件的理論極限。即便達(dá)到了理論極限，硅器件的改進(jìn)仍未停止，例如IGBT器件等的導(dǎo)通性能甚至已超過(guò)了簡(jiǎn)單的垂直型多子MOSFET所能達(dá)到的理論極限，受益于SiMOSFET結(jié)構(gòu)成本低以及多年的發(fā)展累計(jì)的硅器件研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，使得SiMOSFET的創(chuàng)新和優(yōu)化在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)可能仍會(huì)繼續(xù)，但其性能的提升已經(jīng)比較有限。但其進(jìn)一步的性能提升，所要消耗的成本將會(huì)是越來(lái)越巨大的。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源的性能不斷提升，對(duì)功率功率器件也提出了更高的要求，需要開(kāi)關(guān)器件具有更高轉(zhuǎn)換速度、更低導(dǎo)通電阻、更高擊穿電壓、高可靠性等諸多特性。提高工作頻率是提高功率密度的最有效的方法之一，高的工作頻率，非常有助于減小配套元件的體積，尤其是電感和電容的體積。眾所周知，開(kāi)關(guān)電源中電感和電容占據(jù)了大部分的體積，由頻率提升帶來(lái)的體積縮小，可以大幅度的提升整個(gè)電源的功率密度。同時(shí)工作頻率的提高，縮短了動(dòng)態(tài)反饋和調(diào)整時(shí)間，開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)特性會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化。然而，工作頻率顯然存在上限，過(guò)高的工作頻率會(huì)引起開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗急劇增加。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)器件并非理想器件，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中存在高電流與大電壓并存的狀態(tài)，即產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)過(guò)快的開(kāi)關(guān)，容易引起電路震蕩，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外，現(xiàn)有器件的封裝尤其是直插是器件寄生電感大，從一定程度限制了開(kāi)關(guān)頻率的提高，這也影響到器件的高頻性能。受制于此，現(xiàn)有采用SiMOSFET器件的開(kāi)關(guān)電源，工作頻率往往局限在200kHz以下，當(dāng)電壓高時(shí)，頻率的可調(diào)空間會(huì)進(jìn)一步受限，甚至低于100kHz。由于SiMOSFET的工作頻率無(wú)法提高，受其限制，基于SiMOSFET的電源系統(tǒng)的功率密度難以提升。結(jié)合以上分析，SiMOSFET的性能已經(jīng)接近其理論極限值，難以滿足開(kāi)關(guān)電源的高效率和高功率密度的需求，從一定程度上制約了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展。需要新型的、性能更加優(yōu)異的功率開(kāi)關(guān)器件，提高開(kāi)關(guān)電源的工作頻率，繼而提高效率和功率密度。1.2GaN功率器件的優(yōu)勢(shì)近年來(lái)，新型半導(dǎo)體材料尤其是第三代半導(dǎo)體GaN成為功率器件發(fā)展的研究熱點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注，被普遍認(rèn)為有望替代現(xiàn)有的硅器件。與第一代半導(dǎo)體Si相比，GaN材料具有更高的電子遷移率、更大的臨界擊穿電場(chǎng)、更大的電子飽和速度以及更寬的禁帶寬度等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在GaN與AlGaN的界面處能形成異質(zhì)結(jié)，繼而在界面處產(chǎn)生濃度極高的二維電子氣(2DEG)溝道，這一特性在所有材料中都是罕見(jiàn)的，該特性的優(yōu)勢(shì)是巨大的。此外，GaN材料還具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且許多的優(yōu)點(diǎn)使得GaN材料適合高溫、高壓、高頻、高功率下的應(yīng)用，成為了下一代電力電子的理想選擇。表1.1三代半導(dǎo)體材料的主要物理化學(xué)性質(zhì)的比較半導(dǎo)體材料SiGaAsGaN4H-SiC禁帶寬度(eV)(300K)1.121.433.453.26相對(duì)介電常數(shù)11.812.5910臨界電場(chǎng)強(qiáng)度(mV/cm)0.30.63.32.0平均電離能(eV)3.64.88.9--飽和漂移速度(X107cm/s)123.32電子遷移率(c耐/V·s)1500850012501140熔點(diǎn)(0℃)1420123817002830熱導(dǎo)率(W/cm·K)(300K)1.50.462.24.5圖1-1Si、SiC和GaN理論極限從表1.1以及圖1-1中，不難看出GaN材料具備許多優(yōu)異的性能：（1）GaN的帶隙是Si的三倍，GaN的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為3.3×106V/cm，是Si的（3×105V/cm）的12倍，確保了GaNHEMT器件高壓應(yīng)用的能力。（2）GaN飽和漂移速度高于Si，并且在GaNHEMT異質(zhì)結(jié)界面處天然形成的二維電子氣2DEG（面密度約1013cm-2量級(jí))溝道，因2DEG溝道與雜質(zhì)原子空間分離，所以其電子遷移率大幅度高于體內(nèi)電子遷移率。在不同額定電壓下所計(jì)算出來(lái)的Si、SiC和GaN物理極限通態(tài)電阻(Ron)曲線?？梢钥吹紾aN的導(dǎo)通電阻比Si和SiC都要小，約一個(gè)數(shù)量級(jí)。（3）GaNHEMT器件工作時(shí)可以保證即具備極高的擊穿電壓又具有極小的導(dǎo)通電阻，這便意味著器件具有很高的功率特性，GaNHEMT可以實(shí)現(xiàn)比Si高幾十倍的功率輸出密度，從而容易滿足更高的功率要求。在相同的功率要求下，器件產(chǎn)生的熱量小，降低了對(duì)于散熱系統(tǒng)的需求。（4）GaN大的禁帶寬度同時(shí)可以使器件在高溫下正常工作，降低系統(tǒng)對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求。同時(shí)GaN材料還具有介電常數(shù)大，高頻噪聲小，以及強(qiáng)抗腐蝕能力等優(yōu)點(diǎn)。GaN材料對(duì)使用環(huán)境需求降低，并提高了可靠性。綜合以上分析，不難看出GaN的高頻、低阻、耐壓等等特點(diǎn)將非常適合在開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用。采用GaN開(kāi)關(guān)器件搭建開(kāi)關(guān)電源將能實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)頻率從而實(shí)現(xiàn)更小的體積以及更高的功率密度。隨著GaN開(kāi)關(guān)器件技術(shù)的日益成熟，將廣泛應(yīng)用于：智能武器、電子對(duì)抗系統(tǒng)、航空、太陽(yáng)能發(fā)電逆變器、消費(fèi)電子市場(chǎng)等。2研究現(xiàn)狀2.1射頻電源研究現(xiàn)狀在1960年代和1970年代，開(kāi)始進(jìn)行射頻功率研究。當(dāng)時(shí)，研究集中在基于電子管設(shè)計(jì)和制造的射頻功率上。研究人員對(duì)理論知識(shí)，集成電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新以及半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)進(jìn)行了深入研究。電力電子學(xué)發(fā)展迅速。因此，他們?cè)O(shè)計(jì)并制造了全固態(tài)，更高的穩(wěn)定性和智能性。射頻功率在控制等方面提供了條件。目前，國(guó)外的射頻電源技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，主要集中在美國(guó)，日本，德國(guó)和一些國(guó)家的少數(shù)制造商。例如，美國(guó)的AE，MKS，COMDEL，日本的DAIHEN，德國(guó)的Huettinger等。RF功率轉(zhuǎn)換器模塊的開(kāi)關(guān)設(shè)備已使用高頻晶體管來(lái)設(shè)計(jì)和制造RF功率。美國(guó)COMDEL公司設(shè)計(jì)的固態(tài)射頻電源體積小，壽命長(zhǎng)，易于維護(hù)，并使用了多種安全保護(hù)技術(shù)，例如過(guò)熱保護(hù)，失諧保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)。保護(hù)，RF輸出連接器互鎖和控制信號(hào)保護(hù)其中，控制電路可確保在高壓駐波比條件下RF電源的可持續(xù)性。電源輸出功率為10kW至150kW，工作頻率為2MHz至100MHz，體積小巧，便于攜帶，工作穩(wěn)定性高。作為全球最大的等離子電源系統(tǒng)供應(yīng)商，美國(guó)AE一直是工業(yè)涂料電源系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者。先進(jìn)的等離子控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了涂層工藝的創(chuàng)新，并優(yōu)化了工藝流程。其RF電源產(chǎn)品可提供出色的性能，確保工藝流程的穩(wěn)定性和電源操作的可靠性，并提高涂層的質(zhì)量，良率和沉積速率。美國(guó)MKS公司成立于1961年，在射頻功率產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面擁有豐富，成熟和完整的技術(shù)方法。其射頻功率產(chǎn)品使用的動(dòng)態(tài)頻率調(diào)諧（DFT）軟件算法可使瞬時(shí)阻抗在最佳位置工作，并最大程度地降低入射功率。目前，MKS射頻電源的DFT調(diào)整時(shí)間小于50μs，輸出功率為3kW至13kW，輸出頻率為2MHz至100MHz。在1970年代中期，靜態(tài)感應(yīng)晶體管（SIT）SIT（靜態(tài)感應(yīng)晶體管，SIT）在日本發(fā)展迅速，并發(fā)展了10MHz/1kW和30MHz/2kWSIT。目前，SIT已廣泛用于專業(yè)領(lǐng)域，例如雷達(dá)通信設(shè)備，超聲功率放大，脈沖功率放大以及高頻感應(yīng)加熱，例如RF等離子加熱和低溫等離子產(chǎn)生。但是，當(dāng)在柵極端子上施加負(fù)偏壓時(shí)，必須關(guān)閉SIT，這在實(shí)際應(yīng)用中不方便。另外，SIT的導(dǎo)通電阻很大，因此導(dǎo)通損耗也很大，并且SIT的價(jià)格相對(duì)昂貴。因此，諸如IGBT，VDMOS和MCT之類的新器件在1980年代中后期取代了SIT的研究。其中，大恒公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的等離子應(yīng)用射頻電源產(chǎn)品AGA-30的輸出頻率為60MHz，輸出功率為3kW，脈沖頻率為100HZ至30kHz。采用全數(shù)字控制，脈沖輸出穩(wěn)定。集成用于穩(wěn)定和高速自動(dòng)匹配脈沖輸出。德國(guó)休丁格公司是世界頂級(jí)電源制造商。它一直致力于為真空鍍膜行業(yè)提供高精度，高質(zhì)量的電源，包括IF電源，RF電源和DC電源。休庭格的電源具有很高的穩(wěn)定性和快速的滅弧能力，可確保涂覆過(guò)程的準(zhǔn)確性。其電源產(chǎn)品廣泛用于半導(dǎo)體，磁控濺射鍍膜，離子注入等行業(yè)，是高端電源的最佳選擇。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的射頻功率技術(shù)相對(duì)落后。常州瑞斯捷爾電子科技有限公司是一家專門生產(chǎn)固態(tài)射頻功率的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。由其推出的寬帶射頻功率轉(zhuǎn)換器的頻率覆蓋范圍為2MHz至110MHz，輸出功率規(guī)格為150W，250W，500W和1kW，并配備了相應(yīng)的寬帶射頻匹配器。蘇州OPSPlasma公司開(kāi)發(fā)的RF電源主要用于等離子體表面處理，包括等離子體清潔，等離子體活性，等離子體改性，等離子體接枝和聚合，等離子體蝕刻和等離子體沉積。中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，浙江大學(xué)，江南大學(xué)，華中科技大學(xué)和南華大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校也一直致力于射頻功率技術(shù)的研究。1984年，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所射頻功率研究組開(kāi)始開(kāi)發(fā)用于電子管的射頻電源，其輸出頻率為13.56MH，輸出功率最高為10kW。它于1985年成功開(kāi)發(fā)。從2010年開(kāi)始，在非常大規(guī)模的集成電路制造設(shè)備和完整的工藝技術(shù)的特殊資助下，研究和開(kāi)發(fā)晶體管RF電源。在2011年成功開(kāi)發(fā)了工作頻率為13.56MHz且輸出功率為300W至3kW的晶體管RF電源。根據(jù)以上介紹，可以知道基于高頻晶體管的固態(tài)射頻功率將逐漸取代電子管射頻功率，設(shè)計(jì)輕巧，便攜，數(shù)字和智能的射頻功率是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。有鑒于此，對(duì)氮化鎵器件在固態(tài)射頻電源中的應(yīng)用的研究符合發(fā)展趨勢(shì)。2.2功率器件研究現(xiàn)狀功率設(shè)備，即功率電子設(shè)備，用于功率轉(zhuǎn)換和功率控制電路中?；诎雽?dǎo)體材料的發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一階段是基于硅和鍺半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)的器件。第二階段是使用以砷化鎵（GaAs）為代表的化學(xué)合成材料開(kāi)發(fā)的設(shè)備。由半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)的設(shè)備。與Si器件和GaAs器件相比，GaN器件具有更寬的GaN帶隙寬度，使其更適合于高壓系統(tǒng)，具有更高的導(dǎo)熱性（用于器件散熱）和更高的電子遷移率，從而使器件的導(dǎo)通電阻更小，抗干擾性更強(qiáng)能力更適合于高頻系統(tǒng)。因此，GaN材料也被稱為高頻高溫半導(dǎo)體材料。根據(jù)控制方法，功率器件可分為兩種類型：一種是電流控制器件，如可控硅（SCR）、雙極型晶體管（BJT）和電力晶體管（GTR）等器件，這類器件需要在柵極（或基極）加電壓控制提供連續(xù)電流，從而實(shí)現(xiàn)放大作用；另一種是以MOSFET和IGBT為代表的電壓型控制器件，其特點(diǎn)是柵極與其他極絕緣，并且只能通過(guò)向柵極施加適當(dāng)?shù)碾妷汉头浅Ｐ〉碾娏鱽?lái)控制。20世紀(jì)60年代，第一款電流型功率器件誕生，其驅(qū)動(dòng)電路非常復(fù)雜，需要很大的驅(qū)動(dòng)電流才能驅(qū)動(dòng)正常工作。20世紀(jì)70年代末，IR半導(dǎo)體公司研發(fā)出了第一款MOSFET，漏源極電壓僅為100V，導(dǎo)通電阻為100mΩ，由于其大尺寸和高價(jià)格，沒(méi)有進(jìn)行推廣應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。隨著半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)步，其他半導(dǎo)體制造商也逐漸研制出各種電壓電流等級(jí)的功率MOSFET器件產(chǎn)品。其中，MOSFET器件為主的電壓型功率控制器件，具有多數(shù)載流子、導(dǎo)通電阻較小、開(kāi)關(guān)頻率快等特性，基于其特性大量應(yīng)用于電力電子設(shè)備中，迅速代替了雙極型晶體管，由此開(kāi)關(guān)電源技術(shù)開(kāi)始發(fā)展。1982年，美國(guó)通用電氣公司（GE）和無(wú)線電公司（RCA）發(fā)明了第一個(gè)絕緣柵雙極晶體管（IGBT），該晶體管由兩種器件組成：BJT和MOSFET。該器件結(jié)合了BJT和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，因此具有良好的特性。目前，高電流和高壓IGBT已被模塊化，具有更好的性能，更高的整機(jī)可靠性和更小的尺寸。從圖1.1所示的理論極限圖可知，Si功率器件的性能已經(jīng)接近理論極限，很難更大程度上提高器件的整體性能。研究人員通過(guò)對(duì)SiC和GaN等寬禁帶半導(dǎo)體材料的深入研究，以及功率器件生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，SiC和GaN功率器件已逐漸被應(yīng)用到各種電力電子產(chǎn)品中。與傳統(tǒng)的Si功率器件相比，基于寬禁帶半導(dǎo)體材料制造的功率器件具有更低的導(dǎo)通電阻，更小的輸入電容和輸出電容等優(yōu)點(diǎn)，有利于現(xiàn)代電子產(chǎn)品效率更高、體積更小的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的發(fā)展需求。目前，國(guó)外研究學(xué)者已經(jīng)對(duì)GaN材料及其器件的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，如射頻領(lǐng)域，寬帶無(wú)線通信領(lǐng)域等。而相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)GaN器件的研究，更多的是在一些簡(jiǎn)單的拓?fù)潆娐分袑?duì)其進(jìn)行驗(yàn)證和分析。目前，GaN器件主要有單體型和Cascode型，封裝形式有TO-220、LGA、PQFN等，如圖1.2所示。因此可以逐漸替代現(xiàn)有的Si功率器件，應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中提高系統(tǒng)的工作頻率、效率和功率密度。(1)TO-220(2)LGA(3)PQFN圖1-2GaN器件封裝形式根據(jù)不同的系統(tǒng)要求，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中使用了多種類型的高頻逆變器電路，例如雙MOSFET器件的降壓-升壓拓?fù)?，推挽，半橋，雙前向和雙反激式。和其他拓?fù)?，以及具有四個(gè)MOSFET器件的全橋拓?fù)滢D(zhuǎn)換器。功率轉(zhuǎn)換器中高頻轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)電路和控制電路對(duì)外部干擾非常敏感。電源開(kāi)關(guān)必須能夠在控制電路的控制下準(zhǔn)確，快速地執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，否則電源系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定。另外，由電源電路電壓的快速切換引起的干擾信號(hào)容易影響采樣反饋電路，從而進(jìn)一步引起整個(gè)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，在功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中應(yīng)使用導(dǎo)通阻抗更低，寄生參數(shù)更小的GaN功率器件，如寄生電感電容。GaN功率器件的寄生電容小，在控制電路的控制下只需較小的驅(qū)動(dòng)電流對(duì)其進(jìn)行充放電，從而能夠精確迅速的執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，既減小了開(kāi)關(guān)損耗也使得電源系統(tǒng)工作更穩(wěn)定；另一方面由電路產(chǎn)生的浪涌電流，尖峰電壓也都會(huì)減小，從而提升了電源系統(tǒng)的抗干擾性，使得整個(gè)電源系統(tǒng)可以穩(wěn)定安全的工作。GaN功率器件的導(dǎo)通電阻低，可以減小器件的導(dǎo)通損耗從而能提高系統(tǒng)的效率，而熱損耗的減小可以減小散熱器的體積甚至省去散熱器，從而減小電源系統(tǒng)的整機(jī)體積和重量，提高功率密度。目前，雖然GaN功率器件的價(jià)格與SiMOSFET器件相比仍然非常昂貴，但隨著工藝的成熟和用量的增加，它將變得越來(lái)越便宜，并最終取代Si功率器件應(yīng)用于功率變換器領(lǐng)域中。3未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，我國(guó)也積極開(kāi)展GaNHEMT的研發(fā)和開(kāi)發(fā)工作。中國(guó)科學(xué)院微電子研究所、蘇州納米所、西安電子科技大學(xué)、大連理工大學(xué)、南京大學(xué)等一系列國(guó)內(nèi)高校和研究機(jī)構(gòu)都已投入大量的人力物力，也取得了一系列成果?？傮w而言，中國(guó)GaN開(kāi)關(guān)功率器件的研究正在迅速的取得進(jìn)展，但是起步相對(duì)較晚，與世界先進(jìn)水平相比，在研究規(guī)模以及深度上仍然存在差距。GaN開(kāi)關(guān)功率器件若要實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，仍需時(shí)間。如上所述，當(dāng)前GaN基電力電子的相關(guān)研究仍主要圍繞芯片開(kāi)發(fā)進(jìn)行，旨在提升GaN的導(dǎo)通性能、開(kāi)關(guān)性能等和可靠性。同時(shí)因?yàn)镚aN器件大都在實(shí)驗(yàn)室階段，僅個(gè)別公司有小批量量產(chǎn)，大規(guī)模量產(chǎn)并未開(kāi)始，促使關(guān)于其測(cè)量、應(yīng)用方面的研究鳳毛麟角。僅IR，EPC等數(shù)家公司有部分產(chǎn)品面世，關(guān)于其應(yīng)用分析還有很多路要走。開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展已經(jīng)存在很多年，因此電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的總功率和功率密度等也都在快速的提升。歐洲電力電源局收集的數(shù)據(jù)顯示出，在2000年，開(kāi)關(guān)電源的普遍功率密度約為1.7W.cm-3，而通過(guò)預(yù)測(cè)得知到2020年，開(kāi)關(guān)電源的功率密度有望達(dá)到80W.cm-3。而現(xiàn)階段的開(kāi)關(guān)電源采用的開(kāi)關(guān)器件幾乎都是硅MOSFET，而硅MOSFET技術(shù)經(jīng)歷近50年的發(fā)展已趨于成熟，其各項(xiàng)特性均已接近硅器件的理論極限。若仍只采用硅器件作為開(kāi)關(guān)器件，將會(huì)制約功率電子技術(shù)的發(fā)展，難以實(shí)驗(yàn)高頻、低功耗、小體積等方向的改革，同時(shí)阻礙了開(kāi)關(guān)電源總功率、總效率和功率密度的提升?；贕aN器件的性能和潛力，被普遍認(rèn)為是替代硅MOSFET的合適選擇?，F(xiàn)階段的GaN開(kāi)關(guān)功率器件FOM已經(jīng)比現(xiàn)在最先進(jìn)的硅MOSFET仍要高，部分應(yīng)用中會(huì)高出10倍，GaN器件的性能還有很大提升空間。硅基GaN外延工藝和器件制造技術(shù)的快速發(fā)展，表明GaNHEMT將很快投入開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用市場(chǎng)，一款更適于高工作頻率、高功率密度的開(kāi)關(guān)