氮化鎵二極管壓降

2025-07-22 09:13

氮化鎵（GaN）二極管作為一種寬禁帶半導體器件，其正向壓降（導通電壓）是衡量性能的重要參數，與傳統硅（Si）二極管相比有顯著差異。以下從基本概念、典型數值、影響因素及應用意義等方面詳細說明：

正向壓降（

\(V_F\)

）指二極管導通時，其陽極與陰極之間的電壓差，是器件導通時能量損耗的主要來源之一。對于氮化鎵二極管，由于其材料特性（禁帶寬度約 3.4 eV，遠高于硅的 1.1 eV），其壓降特性與硅器件有明顯區別。

氮化鎵二極管的正向壓降通常在 1.0 V ~ 2.0 V 之間，具體數值取決于器件結構、額定電流和工作溫度：

小電流器件（如幾安培）：壓降可能低至 1.0 V 左右；
大電流器件（幾十安培以上）：因導通電阻（ $R_{DS(on)}$ ）的影響，壓降可能升至 1.5 V ~ 2.0 V；
相比之下，傳統硅二極管（如整流管）的壓降通常為 0.7 V（硅 PN 結），但硅 carbide（SiC）二極管的壓降與 GaN 接近（約 1.2 V ~ 1.8 V）。

器件結構氮化鎵二極管多采用 “肖特基勢壘二極管（SBD）” 結構，而非硅二極管的 PN 結。肖特基勢壘的高度直接影響壓降：勢壘越低，壓降越小，但反向漏電流可能增大，需在兩者間權衡。
工作電流隨著正向電流增大，導通電阻（ $R_{DS(on)}$ ）導致的電壓降（ $I \times R_{DS(on)}$ ）占比上升，總壓降增大。因此，數據手冊中通常會標注不同電流下的壓降（如 10 A 時 1.5 V，50 A 時 1.8 V）。
溫度與硅 PN 結二極管（壓降隨溫度升高而減小）不同，氮化鎵肖特基二極管的壓降具有正溫度系數：溫度升高時，壓降略有增大（約 0.1% ~ 0.3%/℃）。這一特性有利于多器件并聯時的電流均衡（避免某一器件因溫度過高而電流集中）。
外延層質量氮化鎵外延層的摻雜濃度、缺陷密度等會影響導通電阻，進而改變壓降。高質量外延層可降低電阻，減小壓降。

器件類型	典型正向壓降（室溫，額定電流下）	溫度系數	應用場景
硅 PN 結二極管	0.6 ~ 0.8 V	負溫度系數	低頻整流、低壓電路
硅肖特基二極管	0.3 ~ 0.5 V	正溫度系數	高頻低壓整流
氮化鎵二極管	1.0 ~ 2.0 V	正溫度系數	高頻電源、快充、逆變器
碳化硅二極管	1.2 ~ 1.8 V	正溫度系數	高壓大功率電路