氮化镓二极管压降

2025-07-22 09:13

氮化镓（GaN）二极管作为一种宽禁带半导体器件，其正向压降（导通电压）是衡量性能的重要参数，与传统硅（Si）二极管相比有显著差异。以下从基本概念、典型数值、影响因素及应用意义等方面详细说明：

正向压降（

\(V_F\)

）指二极管导通时，其阳极与阴极之间的电压差，是器件导通时能量损耗的主要来源之一。对于氮化镓二极管，由于其材料特性（禁带宽度约 3.4 eV，远高于硅的 1.1 eV），其压降特性与硅器件有明显区别。

氮化镓二极管的正向压降通常在 1.0 V ~ 2.0 V 之间，具体数值取决于器件结构、额定电流和工作温度：

小电流器件（如几安培）：压降可能低至 1.0 V 左右；
大电流器件（几十安培以上）：因导通电阻（ $R_{DS(on)}$ ）的影响，压降可能升至 1.5 V ~ 2.0 V；
相比之下，传统硅二极管（如整流管）的压降通常为 0.7 V（硅 PN 结），但硅 carbide（SiC）二极管的压降与 GaN 接近（约 1.2 V ~ 1.8 V）。

器件结构氮化镓二极管多采用 “肖特基势垒二极管（SBD）” 结构，而非硅二极管的 PN 结。肖特基势垒的高度直接影响压降：势垒越低，压降越小，但反向漏电流可能增大，需在两者间权衡。
工作电流随着正向电流增大，导通电阻（ $R_{DS(on)}$ ）导致的电压降（ $I \times R_{DS(on)}$ ）占比上升，总压降增大。因此，数据手册中通常会标注不同电流下的压降（如 10 A 时 1.5 V，50 A 时 1.8 V）。
温度与硅 PN 结二极管（压降随温度升高而减小）不同，氮化镓肖特基二极管的压降具有正温度系数：温度升高时，压降略有增大（约 0.1% ~ 0.3%/℃）。这一特性有利于多器件并联时的电流均衡（避免某一器件因温度过高而电流集中）。
外延层质量氮化镓外延层的掺杂浓度、缺陷密度等会影响导通电阻，进而改变压降。高质量外延层可降低电阻，减小压降。

器件类型	典型正向压降（室温，额定电流下）	温度系数	应用场景
硅 PN 结二极管	0.6 ~ 0.8 V	负温度系数	低频整流、低压电路
硅肖特基二极管	0.3 ~ 0.5 V	正温度系数	高频低压整流
氮化镓二极管	1.0 ~ 2.0 V	正温度系数	高频电源、快充、逆变器
碳化硅二极管	1.2 ~ 1.8 V	正温度系数	高压大功率电路