Power GaN Devices: Materials, Applications and Reliability

این کتاب اولین نمای کلی جامع از خواص و روش‌های ساخت ترانزیستورهای قدرت مبتنی بر GaN را با مشارکت فعال‌ترین گروه‌های تحقیقاتی در این زمینه ارائه می‌کند. این توضیح می دهد که چگونه نیترید گالیوم به عنوان یک ماده عالی برای ساخت ترانزیستورهای قدرت ظاهر شده است. به لطف شکاف انرژی بالا، میدان شکست بالا و سرعت اشباع GaN، این دستگاه ها می توانند به ولتاژ شکست فراتر از محدوده کیلوولت و فرکانس های سوئیچینگ بسیار بالا برسند، بنابراین برای کاربرد در سیستم های تبدیل توان مناسب هستند. بر اساس GaN، مبدل های قدرت حالت سوئیچینگ با راندمان بیش از 99٪ قبلاً نشان داده شده است، بنابراین راه را برای پذیرش گسترده ترانزیستورهای GaN در بازار تبدیل توان باز می کند. انتظار می‌رود که این مزیت‌های مهمی در سطح زیست‌محیطی و اقتصادی داشته باشد، زیرا تلفات تبدیل توان ۱۰ درصد از مصرف برق جهانی را تشکیل می‌دهد.

بخش اول کتاب خواص و مزایای نیترید گالیوم را در مقایسه با آن توضیح می‌دهد. به مواد نیمه هادی معمولی بخش دوم کتاب تکنیک‌های مورد استفاده برای ساخت دستگاه و روش‌های تولید انبوه GaN-on-Silicon را شرح می‌دهد. توجه ویژه ای به سه ساختار پیشرفته دستگاه می شود: ترانزیستورهای جانبی، دستگاه های قدرت عمودی، و HEMT های مبتنی بر نانوسیم. دیگر موضوعات مرتبط تحت پوشش این کتاب، استراتژی‌های عملکرد عادی خاموش، و مشکلات مربوط به قابلیت اطمینان دستگاه است. فصل آخر به بررسی ویژگی های سوئیچینگ GaN HEMT بر اساس رویکرد سطح سیستم می پردازد.

این کتاب مرجع منحصر به فردی برای افرادی است که کار می کنند. در زمینه مواد، دستگاه و الکترونیک قدرت؛ اطلاعات بین رشته ای در مورد رشد مواد، ساخت دستگاه، مسائل مربوط به قابلیت اطمینان و بررسی سوئیچینگ در سطح مدار ارائه می دهد.

This book presents the first comprehensive overview of the properties and fabrication methods of GaN-based power transistors, with contributions from the most active research groups in the field. It describes how gallium nitride has emerged as an excellent material for the fabrication of power transistors; thanks to the high energy gap, high breakdown field, and saturation velocity of GaN, these devices can reach breakdown voltages beyond the kV range, and very high switching frequencies, thus being suitable for application in power conversion systems. Based on GaN, switching-mode power converters with efficiency in excess of 99 % have been already demonstrated, thus clearing the way for massive adoption of GaN transistors in the power conversion market. This is expected to have important advantages at both the environmental and economic level, since power conversion losses account for 10 % of global electricity consumption.

The first part of the book describes the properties and advantages of gallium nitride compared to conventional semiconductor materials. The second part of the book describes the techniques used for device fabrication, and the methods for GaN-on-Silicon mass production. Specific attention is paid to the three most advanced device structures: lateral transistors, vertical power devices, and nanowire-based HEMTs. Other relevant topics covered by the book are the strategies for normally-off operation, and the problems related to device reliability. The last chapter reviews the switching characteristics of GaN HEMTs based on a systems level approach.

This book is a unique reference for people working in the materials, device and power electronics fields; it provides interdisciplinary information on material growth, device fabrication, reliability issues and circuit-level switching investigation.