类型a：这篇文档报告了一项原创研究。
主要作者与机构及发表信息
该研究的主要作者包括Chao Liu（刘超）、Xinghuan Chen（陈兴欢）、Ruize Sun（孙瑞泽）、Jingxue Lai（赖景学）、Wanjun Chen（陈万军）、Yajie Xin（辛雅洁）、Fangzhou Wang（王方舟）、Xiaoming Wang（王晓明）、Zhaoji Li（李肇基）和Bo Zhang（张波），他们均来自电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室。部分作者还隶属于电子科技大学广东电子信息工程研究院。研究于2023年8月发表在《IEEE Transactions on Power Electronics》第38卷第8期。
学术背景
本研究属于电力电子领域，聚焦于氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMTs）的动态导通电阻（Dynamic RON）行为特性。GaN HEMTs因其低导通电阻、快速开关速度和高温操作能力，广泛应用于功率电子系统，尤其是在汽车电子领域（如防抱死制动系统和电动助力转向系统）。然而，在非钳位感性开关（Unclamped Inductive Switching, UIS）应力条件下，GaN HEMTs的动态性能变化尚未完全理解。特别是动态RON的变化机制及其对UIS应力的响应仍缺乏深入研究。本研究旨在揭示UIS应力下Schottky p-GaN栅极HEMTs中动态RON异常减少和恢复的物理机制，并开发数学模型以解释实验结果，为优化UIS操作设置提供指导。
研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
实验设计与测试电路搭建
研究对象是商用650V/100mΩ Schottky p-GaN栅极HEMT（型号GS66504B）。研究团队设计了一个结合UIS测试和双脉冲测试（Double Pulse Test, DPT）的单板测试电路。UIS阶段通过控制两个开关（SW1和SW2）实现能量存储与释放，从而产生瞬态峰值漏极电压（Vpeak）作为UIS应力；DPT阶段则用于测量动态RON。为了准确评估动态RON，研究采用了文献[14]中报道的箝位电路，避免了UIS应力导致的高电压干扰。
实验参数与样品处理
实验中，UIS应力的电感值（Luis）从29μH到114μH不等，恢复时间（Trec）范围为20μs至100μs，峰值电压（Vpeak）调整为550V至1170V。每次测量之间设置了80分钟的恢复时间，以确保器件完全恢复。动态RON通过测量DPT第二开启状态下的电压降和电流计算得出。
仿真与数据分析
研究团队使用Sentaurus仿真工具分析了UIS应力期间的碰撞电离（Impact Ionization, I.I.）生成速率和电场分布。基于实验数据，提出了一个数学模型，描述了UIS应力后动态RON随时间的变化规律。模型考虑了电子和空穴的捕获/去捕获过程，以及二维电子气（2DEG）密度的变化。
主要结果
1. 动态RON的异常减少与恢复
实验结果显示，当Vpeak低于某一临界电压（Vc）时，动态RON在UIS应力后略有增加；但当Vpeak高于Vc时，动态RON反而显著减少。这种减少与传统的准静态关态下RON增加的现象不同。例如，当Vpeak达到约1000V时，动态RON在恢复时间约为102μs时降至最小值，随后由于空穴的去捕获逐渐恢复。
捕获/去捕获过程的异步性
Sentaurus仿真表明，UIS应力期间产生的电子-空穴对（E-H pairs）被陷阱捕获，其中电子的去捕获时间常数（τe）小于空穴的去捕获时间常数（τh）。这一异步性导致了动态RON的变化：电子去捕获减少了负电荷密度，增加了2DEG密度，从而降低RON；而空穴去捕获则减少了正电荷密度，使RON恢复。
数学模型验证
研究团队提出的数学模型成功解释了实验数据。模型公式为：
[ \text{RON_dyn}/\text{RON_0} = 1 / \left[1 + (N{t,h0}/N{s0})e^{-t/\tauh} - (N{t,e0}/N_{s0})e^{-t/\taue}\right] ]
其中，(N{t,h0}) 和 (N_{t,e0}) 分别表示UIS应力期间捕获的空穴和电子密度。模型预测与实验结果高度吻合，证明了其有效性。
结论与意义
本研究揭示了UIS应力下Schottky p-GaN栅极HEMTs中动态RON异常减少和恢复的物理机制，即电子和空穴的异步捕获/去捕获过程。研究开发并验证了一个数学模型，可用于预测和优化UIS操作设置。这些发现不仅具有重要的科学价值，还为降低GaN HEMTs的导通损耗提供了实际指导。例如，通过选择适当的峰值电压和恢复时间，可以有效减少动态RON，从而提高器件效率。
研究亮点
1. 首次系统研究了UIS应力下Schottky p-GaN栅极HEMTs中动态RON的异常行为。
2. 提出了一个新颖的数学模型，能够准确描述动态RON随时间的变化规律。
3. 使用Sentaurus仿真工具深入分析了碰撞电离和捕获/去捕获过程的物理机制。
其他有价值内容
研究还探讨了UIS应力对器件长期可靠性的影响，为进一步研究GaN HEMTs在极端条件下的性能提供了参考。此外，实验设计中的箝位电路和单板测试方法也为类似研究提供了实用的技术方案。