足够的毛病检测呼应时候约为 2 s [2]，该时候抉择了电源所需的短路经受时候 (SCWT) 额定值（即设置装备摆设能够经受短路事情的短期） ，在源极和漏极端子之间施加高电压和高电流。）
图 1. 三相机电驱动计划中接纳的功率器件，表现了两种短路情形：(a) 高侧和低侧之间的纵贯，以及 (b) 理性负载上的短路。图片由 Bodo's Power Systems供应
为了支撑低压 GaN FET 的继续接纳，确保高 SCWT 异常首要。无非，考虑到它们的固有属性，这大概很艰苦。与传统硅器件相比，GaN FET 以及其余宽带隙器件能够在更小的面积内供应更高的功率密度。是以，当遇到短路前提（同时涌现高电压和高电流浪涌以及极度刹时功耗）时，GaN 器件可能会履历更急剧的温度回升，从而致使 SCWT 比硅基器件更短。
维护足够，功能下降……功能足够，维护下降
研讨已证实应用 600 V GaN 器件在 400 V 电压下完成 SCWT ≥ 3 s 的才能 [3]。然而，因为的器件归一化 R on大于 20 Ω·妹妹 (> 9 mΩ·cm 2 )，是以功能遭到影响，关于市场接纳而言，该值至关高。
商用 600 V GaN 器件的体现也好不到哪里去。在 400 V 下举行测试时，拥有竞争性特定 R on的贸易器件的 SCWT被限制为 < 0.5 s [4] [5]。是以，增添 GaN 器件的 SCWT，同时坚持拥有竞争力的低比导通电阻，关于在不影响功能的情况下完成短路才能相当首要。
解决计划：短路限流器
应用称为短路电流限制器 (SCCL) 的手艺 [6] [7]（图 2），能够经由过程缩小短路电流来操纵短路事情时期的功耗（保持在较低程度）从漏极到源极，导通电阻的下降。在两芯片常关 GaN 平台中，能够经由过程操纵 Si-FET 的饱和电流 (I d,sat ) 或 GaN-HEMT 的饱和电流来完成更低的短路电流和更高的 SCWT 。
图 2. 取得的短路电流限制器 (SCCL) 可下降漏源饱和电流 (I )，从而增添器件的 SCWT，同时坚持较低的通态电阻。图片由 Bodo's Power Systems供应
出于阐发目标，进行了后者：经由过程下降GaN-HEMT 的I d,sat 来增添 SCWT。
SCCL 是在 Transphorm 的技术上完成的，经由过程应用专有工艺去除沿 GaN-HEMT 宽度的 2DEG 通道片断。规范 GaN-HEMT 和带有 SCCL 的 GaN-HEMT 的顶视图分手如图 3a 和图 3b 所示。SCCL 装配的纵向横截面如图 3c 和图 3d 所示。AA' 截面是沿着电流孔径门路截取的，此中 2DEG 从源极到漏极不间断，
能够在导通状态下固定。在孔径中，场板布局的 2DEG 特点（电荷密度和迁移率）和夹断电压与规范器件沟通。
截面 BB' 是沿着电流反对门路截取的，表现在场板布局的无限部份下不足 2DEG。电流反对分段（电流反对地区的长度、宽度和周期性）的精确设想确保了对饱和电流的精良操纵，同时坚持拥有竞争力的低导通电阻。R on的增添是大概的，由于 R on主要由 GaN-HEMT 漏极接入区（相当于传统功率器件中的“漂移区”）抉择，而不受 SCCL 反对区的影响。事实上，为了操纵I d,sat，仅沿着全部源极-漏极间距以小长度安排电流块就足够了。
图 3. 两芯片常关 GaN 开关的俯视图（a）不带短路电流限制器（SCCL），（b）带短路电流限制器 (SCCL)。SCCL 是经由过程沿着 GaN HEMT 的宽度去除 2DEG 沟道的片断来完成的。沿拥有 (c) 以后孔径和 (d) 以后块的门路截取的纵向横截面。附图并不是按比例绘制。
试验效果
将规范 GaN 器件 [8] 与拥有 SCCL 的 GaN 器件进行了比拟。两款器件拥有沟通的芯片面积、沟通的 650 V 额外电压，并接纳 8x8 妹妹 PQFN 封装。
图 4 表现了室温输入特点：当栅极完整导通 (Vgs = +12 V) 时，规范器件的均匀动态 R on为 53 mΩ，饱和电流 (I d,sat ) 跨越 120 A ，而接纳 SCCL 的器件的均匀动态导通电阻为71 mΩ，而且 I d,sat光鲜明显下降为 42 A。借助 SCCL 手艺，咱们可以或许将 I d,sat 下降 3 倍，而电流损耗仅为 0.35 x 动态导通电阻增添（图 5a）。
图 4. (a) 规范 650-V GaN 器件和 (b) 接纳 SCCL 的 650-V GaN 器件的室温输入曲线。当栅极完整导通 (Vgs = +12 V) 时，规范器件的饱和电流 (I d,sat ) 跨越 120 A，而拥有 SCCL 的器件的 I d,sat显然较低，为 42 A。 I d,sat降低了 3 倍。导通电阻仅增添 0.35 倍。图片由 Bodo's Power Systems供应
值得注重的是，虽然 SCCL 器件的 I d,sat显然低于规范器件，但 SCCL I d,sat仍比额外直流电流（室温下 20 A）高 2 倍以上。这不仅关于确保精良的导通状况操纵异常首要，并且关于导通瞬态时期输入电容 (C oss ) 的倏地开关和倏地放电也很首要。，SCCL 手艺不会下降场板电介质断绝的品质，由于相对规范器件，未观察到 650 V 断态漏电流增添（图 5b）。
图 5. (a) 在室温下猎取的原始动态 R on，导通状况 Id = 6 A。SCCL 器件的 R on处分相对于较小，为 +0.35x，由于以后模块仅安排在较短的部份中全部漏源长度。(b)室温下V ds = 650 V时取得的断态漏极漏电流。断态泄露没有增添注解 SCCL 手艺不会下降场板电介质断绝的品质。
图 6. 短路测试板示意图模仿硬开关毛病此中 DUT间接涌现毛病时开启，并在其端子经受全部直流总线电压 (400V)。
为了评价 SCWT改良，在称为“硬开关毛病”的坏情况下，在短路事情时期对器件进行了测试比拟应用 SCCL应用 SCCL情形此中 DUT间接涌现毛病时开启而且必需经受短路脉冲全部继续时间内的全总线电压。短路测试板如图 6 所示。在测试时期经由过程完整关上栅极模仿短路事情。直流总线从 50慢慢增加到 400 V，增量为 50 V。在每一步中，施加一个短路脉冲记载相干的短路波形。这项工作中的测试是在室温举行的。
图 7. 在室温下在规范 GaN 器件接纳 SCCL 的 GaN 器件收集的 3 s 短路脉冲规范器件的短路电流为 180 A，在 100 V 的直流母线电压涌现毛病，而 SCCL 的短路电流低得多 (50 A)，并能经受 400 V 下的 3 s 脉冲。图片由 Bodo's Power Systems供应
为了确保 SCCL 器件可以或许实践开关使用中以高性能和高可靠性运转咱们进行了直流和短路测试以及静态导通电阻测试、电感开关测试低温反向偏置 (HTRB) 压力测试施行。
图 8. 感应开关测试板原理图。图片由 Bodo's Power Systems供应
在 HTRB 测试时期，80 个部件在 150°C 和 520 V 的条件下经受反向偏压 1000 小时。250 小时和 1,000 小时后，没有观察到熔断器毛病泄露没有增添而且退步参数相对于较小（约 5%）。请参见图 10。退化时的小参数规范器件中观察到近似是以注解 SCCL壅塞地区不会引入任何额定退步毛病机制关于 SCCL手艺将来 JEDEC 和汽车资历来讲，这是一个布满但愿效果。
图 9.规范器件和 SCCL 器件在约 15理性负载电流下收集守旧瞬态和 (b) 关断瞬态。SCCL 器件拥有规范器件类似的 dv/dt注解 SCCL 的低 I d,sat不会阴碍输入电容 (C oss ) 的充电和放电。图片由 Bodo's Power Systems供应
图 10. 在150°C 和 520 V 的 SCCL GaN 器件（80 个部件举行 1000 小时 HTRB 测试以前以后丈量的导通电阻泄露。250 小时和 1000 小时咱们观察到没有毛病，没有泄露增添而且退步参数相对于较小（约 5%）。退化时的小参数规范器件中观察到近似是以注解 SCCL壅塞地区不会引入任何额定退步毛病机制。