與硅器件相比，由于氮化鎵的晶體具備更強的化學(xué)鍵，因此它可以承受比硅器件高出很多倍的電場而不會崩潰。這意味我們可以把晶體管的各個電端子之間的距離縮短十倍。這樣可以實現(xiàn)更低的電阻損耗，以及電子具備更短的轉(zhuǎn)換時間。總的來說，氮化鎵器件具備更快速的開關(guān)、更低的功率損耗及更低的成本優(yōu)勢。

性能優(yōu)越

優(yōu)越的功率器件必需具備以下6個特性：1）器件需要具備更低的傳導(dǎo)損耗、更低的阻抗；2）開關(guān)必需更快速并在硬開關(guān)應(yīng)用中如降壓轉(zhuǎn)換器具備更低的損耗；3）更低的電容、更少充電及放電損耗；4）驅(qū)動器使用更少功率；5）器件更細小(縮小占板面積）及6）因為需要更高輸出電流和功率密度而需要更低的熱阻。

我們?yōu)楣こ處煄砜芍С忠庀氩坏降娜骂I(lǐng)域的功率器件。在電阻方面，之前我們在DC/DC轉(zhuǎn)換器并聯(lián)氮化鎵場效應(yīng)晶體管(eGaN FET)從而實現(xiàn)更高的輸出電流。可是，這會增加元件的數(shù)量、成本及復(fù)雜性并降低功率密度。與第二代氮化鎵器件相比，第四代eGaN FET可以大大降低阻抗，從而使得基于eGaN FET 的DC/DC轉(zhuǎn)換器具備更大電流及高功率密度。如圖1所示，采用第四代30 V 的eGaN FET的轉(zhuǎn)換器的阻抗只是1 mΩ，即降低了阻抗達2.6倍。如果采用第四代100 V的eGaN FET，與第二代100 V的器件相比，阻抗只有2.4 mΩ，即降低了阻抗達2.3倍。

圖1：第二代及第四代氮化鎵器件的阻抗的比較。

Drain to source：漏源電壓

此外，與等效的先進硅功率MOSFET相比，第四代eGaN FET減少硬開關(guān)FOM達5倍(200 V器件)、 8倍( 100 V器件)及 4.8倍(40 V器件)，見圖2。

圖2：第二代及第四代氮化鎵器件的硬開關(guān)FOM并與硅功率MOSFET的比較。

至于封裝方面，eGaN FET如果使用MOSFET的傳統(tǒng)封裝不會比MOSFET更好。如果使用芯片規(guī)模封裝，結(jié)果卻截然不同。圖3是在PCB板上的一個典型晶體管的截面圖。熱量主要從兩個途徑散出：從焊錫接面散進PCB板(如RθJB展示)或從晶體的背部散出(RθJC)，之后，外殼至環(huán)境的熱阻(RθCA)及電路板至環(huán)境的熱阻(RθBA)將影響散熱效率。雖然eGaN FET比先進的硅MOSFET的體積更小，使得熱阻相對于可散熱的面積來說應(yīng)該增加了。然而，eGaN FET的封裝具備超低的結(jié)點至電路板熱阻(RθJB)并與MOSFET的封裝的熱阻相等。

圖3：氮化鎵器件的散熱效率。

Silicon Substrate：硅襯底

Active GaN Device Region：活躍氮化鎵器件區(qū)域

重要的是，eGaN FET可以雙面散熱從而可以進一步提高其散熱效率。至于從結(jié)點至外殼(RθJC)的熱阻，除了30 V的MOSFET具有與eGaN FET可比的熱阻外，在更高壓時，eGaN FET具備無可匹敵的散熱性能。