功率半导体是电子设备中电能转换和电路控制的核心，主要是指能够承受高电压或大电流的半导体分离器件，主要用于改变电子设备中的电压和频率、直流交流转换等。在功率半导体的发展路径中，功率半导体从结构、工艺、技术、工艺、集成、材料等方面进行了全面改进，其演变的主要方向是功率密度高、体积小、成本低、损耗低。特别是在材料迭代方面，从硅Si材料逐渐转向氮化镓（GaN）等宽禁带材料的升级显著提高了功率器件的体积和性能。
那么什么是第三代半导体呢？GaN它是由氮和镓组成的半导体材料，因为它的禁带宽度大于2.2eV,因此又称宽禁带半导体材料。
表一 GaN与Si对比关键特征
表一对比了GaN和Si不可否认的物理参数，GaN主要分为以下四点：
1.禁带宽度大:宽禁带使材料能承受更高的温度和更大的电场强度。当设备工作温度升高时， 本征激发的载流子浓度不会很高， 因此，它可以应用于温度较高的特殊环境。
2、高击穿电场：GaN击穿场强本身为3.3E 06,约是Si在相同的耐压条件下，11倍，GaN耗尽区的宽度可以缩小到Si的0.为了获得更低的电阻率，漂移区的电阻率大大降低了一倍Ron和更高的功率性能。
3.高电子饱和漂移率：在半导体设备的工作过程中，电子主要用作载流子，以实现电流的传输。高电子饱和漂移率可以保证半导体设备在高电场材料中工作时仍能保持高迁移率，然后具有高电流密度，这是设备获得高功率输出密度的关键。GaN材料最明显的优点。
在表格中可以看到GaN的电子迁移率并不高，为什么称之为高电子迁移率晶体管呢？原因在于GaN&AlGaN由于材料特性在界面感应形成的二维电子气(2)DEG）, 2DEG在2-4nm薄层存在，限制在很小的范围内，使电子迁移率增加到1500~2000cm2/（V·s）目前，电子迁移率已达到2200 cm2/（V·s）。
4、良好的耐温特性：可以看到，GaN和Si热导率基本差异不大，但GaN可以比Si能有更高的结温。因此，良好的导热性和更高的耐热性共同提高了设备的使用寿命和可靠性。
GaN设备的优越性能也与设备结构密切相关。目前，工业化GaN设备的两条路线是P-GaN增强装置和共源共栅两种结构，两种结构在市场上有不同的声音，每个人都有不同的看法。
图1主流GaN的两种结构
由于GaN与传统相比，该装置对寄生参数极其敏感Si基半导体器件的驱动电路，GaN驱动要求更严格，因此对其驱动电路的研究具有重要意义。实际高压功率GaN在设备应用过程中，我们使用它GaN设备和当前主流SJ MOSFET在开关特性和动态特性上做了一个对比，更详细的了解其差异所在。
表二 GaN器件DC参数
从上图GaN晶体管的DC可以看出，直流参数上没有反向二极管(0 Reverse Recovery），主要原因是GaN晶体管没有SJ MOSFET的寄生PN结。此外，在直流参数和Vth等也有很大的区别，同规格，GaN晶体管比SJ MOS饱和电流较小，饱和电流较高BV该值也受其芯片面积和无雪崩能力的限制；驱动电压和栅极电荷较低Qg，它创造了高频低损伤的优良开关特性。
图2 GaN&Si对比电容特性
从设备的电容器上看，SJ MOSFET的电容在50V内非线性特征明显，整体电容值比GaN装置大得多(结电容是结电容)GaN的3倍）。这是因为二维电耦合型SJ虽然设备比平面好MOS拥有着更小的器件面积，但由于其依靠靠PN结的横向耗尽可以实现耐压性，因此PN在设备中，结的接触面积要大得多D-S当间电压较低时，PN结内建电场形成的接触面导致其初始Coss&Crss等参数要比D-S高压状态有几个量级；同时，设备从未完全耗尽到完全耗尽，设备空间电荷区扩大，导致CGD和CDS突变点出现在电容曲线上。这种电场在非常窄的电压范围内的突变也影响了工程师的关注EMI问题，如何优化曲线变慢，成为许多设计公司的特色技术。
图3 硅器件Cgd突变
然而GaN然而，这个问题很容易解决，GaN电容曲线变化相对较小，无突变，因此在电源应用中EMI效果优于调试过程SJ MOSFET。接近线性的Coss,使应用开关过程dv/dt波形更接近没有弧度的斜线，使其优雅。
图4 GaN反激Vds开关上升沿
低结电容器也使设备的能量等效(Coer)和Eoss远小于同一规格SJ MOS设备大大降低了硬开关过程中电源的容性损耗，显著降低了设备的加热；同时，在电源软开关过程中ZVS提取的结电容电荷较少，使系统开关频率较高，死区时间较小，系统体积进一步减小。
图五 GaN&Si器件Eoss和Coer差异
随着GaN实际验证了市场的高效率GaN信心逐渐增强，优势日益显著，用量不断增加，未来动力GaN技术将成为高效功率转换的新标准。以下是维安新推出的E-Mode GaN设备，欢迎来到索样，并与维安专家讨论其特点。
表三 维安GaN新的晶体管列表