GaN HEMT 栅驱动技术研究进展*

周德金，何宁业，宁仁霞，许 媛，徐 宏，陈珍海,，黄 伟，卢红亮

（1.复旦大学微电子学院，上海 200443；2.清华大学无锡应用技术研究院，江苏无锡 214072；3.黄山学院智能微系统安徽省工程技术研究中心，安徽黄山 245041；4.桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室，广西桂林 541004)

1 引言

随着半导体技术的不断发展，硅（Si）功率金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）的性能已达到Si 材料的理论极限。近年来，氮化镓（GaN）材料器件发展迅速，作为近二十年兴起的新一代半导体材料，具备很多性能优势。GaN 材料的物理特性相比于Si 材料具有禁带宽度宽、熔点高（耐高温、抗辐射）、击穿场强高、耐高压、电子饱和漂移速度快（高频率工作）、热导率高等优点，使得GaN 器件更适于工作在高温、高压和高频的应用场合[1-3]。

GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）作为GaN 功率器件的主流器件，其开关损耗与传导损耗相比硅MOSFET 器件都具有显著优势，因此其驱动应用技术成为了研究热点[4-7]。由于GaN HEMT 器件特性与硅基MOSFET 有较大差异，其栅驱动无法直接使用现有硅基MOSFET 的栅驱动芯片技术，因此如何设计高性能栅驱动芯片使之充分发挥GaN HEMT 器件的高频和高效优势，成为近年来学术界和产业界的研究热点。本文介绍了GaN HEMT 器件的特性和驱动要求，对GaN HEMT 器件栅驱动芯片的典型架构和关键实现技术的研究现状进行了综述，此外还介绍了GaN 基单片集成功率IC 的发展状况，对GaN HEMT 器件的栅驱动技术的发展趋势进行了概括总结。

2 GaN HEMT 器件特性及典型栅驱动芯片架构

2.1 GaN HEMT 器件特性及其驱动要求

由于GaN 在材料性能上的优势，使GaN 器件在应用中具备很多优异的性能：1）耐压程度高，能够实现同等电压下器件材料尺寸的缩小，替代硅器件需要串联实现高耐压的应用，在高压应用中提供更好的性能；2）在GaN 中可以利用异质结构实现二维电子气，提高载流子迁移率并调整其浓度，从而降低导通电阻和寄生电容，提高工作频率；3）禁带宽度大，材料稳定，有利于实现高温工作。

目前市场上GaN 晶体管可分为耗尽型和增强型两种。早期的GaN 晶体管大多为耗尽型，这种类型的GaN 晶体管表现为常通特性，需要在栅源间加负压才能将其关断。由于其驱动电压的电平与常规驱动芯片的电平不兼容，造成其应用不便。增强型GaN 晶体管表现为常关特性，当栅源间为高电平时，开关管开通；当栅源间为低电平时，开关管关断。其驱动电压的电平与常规驱动芯片的电平相兼容。考虑到关断安全以及在实际应用中与目前各类系统相兼容等问题，常关增强型HEMT 器件具有更好的应用前景。

对于增强型HEMT 器件的实现，目前比较典型的实现方式为耗尽型GaN HEMT 与硅基低压增强型MOSFET 封装组成的级联共源共栅（Cascode）器件和改变GaN HEMT 阈值电压极性而实现的E 型（单体增强型）GaN HEMT 器件，后者又包括p 型栅GaN HEMT 器件和绝缘栅结构GaN HEMT 器件2 种类型。首款Cascode GaN HEMT 器件由美国Transphrom 公司在2013 年推出，主要包括600 V 与650 V 2 种电压等级，已实现多个商业化应用案例。对于单体增强型GaN HEMT 器件，目前已有多家公司可以提供p 型栅常关型GaN 晶体管产品，比如EPC、GaN system、Infineon、Panasonic 等公司。其中，EPC 公司最早实现了p 型栅结构的商业化产品，主要为中低压系列，有15～200 V 多个电压等级；Infineon 公司近两年也推出了650 V 系列化p 型栅结构GaN HEMT 产品。绝缘栅结构GaN HEMT 器件目前仍然处于实验室研究阶段，还未有公司推出成熟产品。

Cascode GaN HEMT 可保证较快的开关速度，且驱动电平与常规MOSFET 一致，应用门槛相对更低。然而，由于其级联了低压Si MOSFET，在开关管关断时存在反向恢复损耗，限制了开关频率的进一步提高，使得Cascode 型GaN 晶体管的开关频率被限制在0.3～1 MHz。单体增强型GaN 晶体管则可以充分发挥GaN 器件的速度优势，具有如下优点：1)晶体管的栅极电荷Qg极低，有利于减小驱动损耗；2)晶体管不存在体二极管，其反向恢复电荷为零，不存在反向恢复问题[8-9]。但是，单体GaN 晶体管的驱动应用相对复杂，无法直接使用现有硅基MOSFET 的栅驱动芯片技术，需要专门设计的栅驱动电路。

与硅基MOSFET 的栅驱动芯片技术相比，单体GaN HEMT 栅驱动电路有如下几个方面的特殊要求：1）GaN HEMT 开关频率较现有硅基器件相比要提高10～100 倍，对芯片内部高低压电路之间隔离区信号传输电路的延时提出了极为苛刻的要求，为此需要设计超高速隔离区信号传输技术和芯片架构；2）GaN HEMT 栅极电压通常不超过6 V，对应的驱动电压范围较窄，且阀值电压较低，为此驱动电路的输出驱动电压需要具备更高精度，抗干扰要求更高；3）在高频应用场合，驱动回路中的寄生电感与栅源极结电容谐振，会导致驱动电压上存在高频振荡，可能造成晶体管的误触发，甚至击穿晶体管的栅源极，为此需要设计合适的保护电路；4）GaN HEMT 高频工作引起的dV/dt和dI/dt，会引起非常大的EMI 辐射问题，驱动电路的电磁兼容问题更为严峻；5）GaN HEMT 的工作不存在体二极管的反向恢复过程，但在死区时间内会带来额外的效率损失，需要精确设置死区时间。

2.2 GaN HEMT 高压栅驱动芯片典型架构

高压栅驱动芯片用于满足CPU 控制器输出接口提供的小功率电平信号和大功率输出器件栅驱动所需要高压大电流信号之间转换驱动的需求。最典型应用为桥式变换器，主要包含半桥式变换器与全桥式变换器两种类型，因此栅驱动IC 的最典型架构需求为半桥栅驱动电路。基于此，本文对于GaN 栅驱动IC 的技术介绍以半桥栅驱动IC 架构为代表。

半桥栅驱动IC 的基本功能如图1 所示。CPU 输出的脉宽调制数字信号PWMH/L 经栅驱动IC 处理得到高/低侧两路驱动信号HO 和LO，2 个信号基本为反相信号，并且存在一定的死区时间。当高侧驱动信号为高时，高侧功率开关导通，低侧驱动信号此时为低；当高侧驱动信号由高变低时，高侧开关器件由于电荷存储时间过长并不会立刻关断，因此低侧驱动信号继续保持一段时间为低后才变成高，这时低侧开关器件才导通。图1 中CPU 控制器输出的控制信号PWMH/L 为典型的低压小电流弱电信号，而半桥变换器输出驱动的电机为典型高压大电流的强电信号。在典型600 V（VH）整机应用系统中，半桥输出OUT 的电压为地或者600 V，当OUT 为600 V 时，要实现高侧开关MH 的开启和关闭，则栅驱动IC 高侧输出HO 控制电压必须浮动到600 V+VCC，而低侧输出控制电压最高仍为VCC，所以高/低侧输出电压最大值之间存在VH的压差。

图1 半桥栅驱动IC 的基本功能示意

可以看出，栅驱动IC 在整机系统中的核心功能为将CPU 控制器输出的小功率电平信号(1 mA/3～5 V)转换为大功率器件栅驱动所需要的高压大电流信号（0.5～5 A/5～20 V），将输出电流和输出电压摆幅进行放大，因此可以得到典型半桥栅驱动IC 系统框架如图2所示。半桥栅驱动IC 内部包括：输入接口模块，用于接收外部输入的CMOS/TTL 电平PWMH/L 信号，并将其由外部逻辑电平信号转换为芯片内部VCC为高电平的内部逻辑电平信号；死区时间模块，用于在高/低侧输出信号之间产生一定的死区保护时间，以保证任何时刻芯片高/低侧输出控制不同时导通；高/低侧输出驱动模块，主要起到电流放大功能，分别用于提供具有大电流驱动能力的HO/LO 输出信号；保护电路模块用于对芯片的状态进行监测，以避免异常情况对输出控制对象造成损坏，典型保护电路有欠压保护、过压保护和过流保护等；高压隔离模块用于对芯片内部处理高/低侧信号的电路之间进行电气隔离；由于高压和低压区电路之间还必须进行信号连接，因此芯片内必须有负责隔离区两侧之间信号传输功能的隔离区信号传输模块；基础单元模块用于为上述所有电路模块提供辅助支撑功能。

图2 半桥栅驱动IC 的基本系统框架

由于功率器件的应用场景存在很大差异，例如VH可以从40 V 跨度到6500 V，电流从几安培跨度到上百安培，开关频率从几千赫兹跨度到几十兆赫兹，因此不同的应用场景对于栅驱动IC 的性能和成本要求完全不同，其内部电路功能模块所采用的电路结构和性能完全不同，导致栅驱动IC 产品类别繁多，多达数百种。总的来说，对于栅驱动IC 产品性能，其主要决定因素的参数为应用场景的高压VH大小，VH大小直接决定了芯片内部高/低侧信号电路之间的电气隔离等级。而在芯片内部实现不同等级的电气隔离功能模块，所需要采用的电路器件技术和成本质量等级存在较大差异。因此，对于栅驱动IC 产品技术路线的划分，通常根据其采用的高压电气隔离技术进行归类。目前常用的几种隔离技术所实现的栅驱动IC 产品的特性对比如表1 所示。

表1 不同技术路线栅驱动IC 产品特性对比

用于栅驱动IC 的高压电气隔离技术主要有单片集成隔离技术和绝缘隔离技术两大类。其中，单片集成的隔离技术主要为PN 结隔离和SOI 隔离技术，SOI隔离技术可以实现1200 V 的单片集成栅驱动IC 产品，但单片集成具体实现时高低压电路隔离区域之间的信号传输必须借助高压电平移位电路；绝缘隔离技术将高低压信号处理电路在物理空间上隔离开，可实现超过6500 V 的超高压电气隔离，但是该技术实现栅驱动IC 产品必须采用芯片组封装集成，具体实现时可采用变压器、电容或光电耦合进行高低压电路之间隔离区的信号传输。

纵观近年来学术界和产业界GaN 半桥栅驱动IC的实现方案，200 V 以下的应用场景基本采用单片集成的电平移位电路和PN 结隔离技术实现，学术界每年都有大量的研究成果[10-17]，产业界已有公司采用该方案推出了兆赫兹以上系列化产品[18-19]，最典型的应用场景为服务器电源和车载等功率密度要求较高的领域；600 V 以上的GaN HEMT 应用场景基本采用绝缘隔离技术实现，学术界的研究成果相对较少，产业界多家公司已分别采用电容和变压器隔离技术推出了速度超过兆赫兹以上的系列化产品[20-21]，典型应用场景为高功率密度AC/DC 电源。近年来随着GaN 器件工艺的进步，还出现了基于GaN 工艺的单片集成GaN 功率IC[26-30]，将功率GaN HEMT 和简单的驱动电路进行了单片集成，实现了超高速的GaN 功率IC 和应用系统，但是该类技术的成熟度还有待提升，单片集成IC的电路功能和系统集成度还很低。

3 单片集成GaNHEMT 栅驱动芯片研究进展

3.1 单片集成GaN HEMT 栅驱动芯片架构

单片集成GaN 半桥栅驱动IC 的典型芯片架构如图3 所示，内部电路结构图从功能上划分，主要包括控制模块、驱动模块和保护模块。控制模块主要包含接口电路、死区产生电路、中压电平移位电路及延迟电路；驱动模块主要包括高压电平移位电路和高/低侧输出驱动模块，高/低侧输出驱动模块电路结构通常相同；保护模块通常包括过流保护电路、欠压封锁电路和错误逻辑电路。图3 所述电路的速度和耐压限制主要瓶颈在于高压电平移位电路，因此如何在不降低耐压要求的条件下最大程度上提升高压电平移位电路的速度，使之满足GaN HEMT 器件的高速驱动要求是当前GaN 半桥栅驱动IC 研究的一大热点。GaN 驱动IC 速度提升还会带来稳定性和EMI 问题，为此针对GaN 器件的输出驱动和保护技术也是GaN 半桥栅驱动IC 研究的热点领域。总的来说，针对GaN 半桥栅驱动IC 的研究主要体现在速度提升、可靠性提高和低干扰等几大方向。

3.2 单片集成GaN HEMT 栅驱动芯片关键技术

3.2.1 自举电容集成技术

为从最大程度上提升GaN 半桥栅驱动IC 的驱动速度，近年出现的一种设计思路是将传统半桥栅驱动IC 外部高侧桥臂所使用的自举电容进行片内集成，从而减小整体驱动电路的信号延迟环路。文献[10-12]针对汽车动力系统需求，使用该技术实现了40 V 电压条件下最高频率达30 MHz、驱动电流为1 A 的GaN HEMT 半桥栅驱动IC。基于自举电容集成技术的GaN HEMT 驱动IC 如图4 所示[11]，文献综合采用了高精度死区时间动态控制、超高速预驱动高压电平移位电路、大容量片上电容、输出控制电压有源钳位电路和EMI 扩频消减等多项技术以实现上述指标。文献[13] 采用类似技术，实现了输出驱动电流达1.3 A 的GaN HEMT 栅驱动IC，电路延迟小于10 ns，集成片上自举电容达到600 pF。

图3 典型单片集成GaN 半桥驱动IC 电路结构

图4 基于自举电容集成技术的GaN HEMT 驱动IC[11]

3.2.2 高压电平移位电路速度提升技术

高压电平移位电路是半桥驱动芯片的关键电路。一种最基本的高压电平移位电路如图5 所示，该电路被广泛应用于各家公司的MOSFET 驱动IC 设计中。从结构上看，高压电平移位电路非常简单，主要由2 个耐压管LDMOS、2 个电阻和脉冲滤波电路构成，输入信号IN 是高低电平分别为VCC和COM 的中低压逻辑信号，输出信号OUT 是高低电平分别为VB和VS的高压信号，电路通常采用差分信号传输，抑制共模干扰。由于VS为浮动电压，最高为半桥输出高压VH，所以2 个M1 和M2 管必须为耐高压的LDMOS。然而，由于LDMOS 漏极寄生电容的存在，由此对高压电平移位电路产生了很大的延时。另外，由于电路应用环境存在巨大的电压波动和干扰，各自干扰的滤除是该电路需要保证的另外一个关键。为了进一步完善其性能，低延时、高可靠性和低功耗成为目前各大厂商和研究机构对高压电平移位电路的改进方向。

图5 基本高压电平移位电路

文献[10-14]为实现超高速高压电平移位电路，在图5 所示基本结构基础上使用了摆率增强技术，实现了超过10 MHz 的信号转换，具体原理为低电平向高电平转变过程中加入额外电流，从而加速输出信号翻转。图6 为摆率增强的高压电平移位电路结构图，其在图5 的基础上将简单的RS 触发器改进为高可靠的误差迟滞过滤电路，新增了加速LSP 和LSN 上升速度的增强晶体管Me1 和Me2，以及控制Me1 和Me2的信号翻转检测电路。当信号翻转检测电路确认Din是由低转高并且Din 电压超过信号翻转检测电路的阈值时，信号翻转检测电路开启速度增强晶体管Me2，加速LSP 的电压上升速度，从而加速Din 上升到高压电源VH+VCC的电压上升过程。

图6 摆率增强的高压电平移位电路

3.2.3 多电平输出驱动技术

由于GaN HEMT 开启和关断过程对于环路阻尼系数的需求不同，针对充放电时存在的不同驱动能力，可通过区别设置驱动输出栅极上拉和下拉电阻来解决。此外，为了保证p-GaN HEMT 关断时将栅PN结反偏抽取达到充分关断，通常在关断过程中要有一个“负压”以保证GaN HEMT 器件的充分关断。为实现上述功能，当前比较常用的措施为多电平控制技术，对GaN HEMT 的开启和关闭分别提供不同的驱动电流。图7（a）和图7（b）为典型三电平驱动技术，通过限制开启电流的方式，实现整体过冲控制，该技术的典型产品为TI 公司的LM5113。为实现GaN 器件的最优化控制，Infineon 公司还在现有三电平控制技术的基础上提出了四电平驱动控制，通过在开关关断区间内增加一个电平的方式加速开关的动态性能，图7（d）所示是四电平栅控制技术信号示意波形图。

3.2.4 EMI 消除技术

GaN HEMT 器件在高频应用背景下会引入很大的dI/dt，产生高频的EMI 辐射，干扰周围敏感元器件的工作。文献[16]在减小传导EMI 辐射方面，通过扩频技术减小开关频率及倍频处的能量峰值，如图8 所示。通过在PWM 信号产生电路的振荡器上加载一个频率较输入信号频率高得多的伪随机抖动信号，实现EMI信号的调制和能量幅值平坦化。为抑制上管开启时引入的电流和电压尖峰，文献[12]通过分段斜率控制的方法开启上功率管，最大限度优化高频EMI 干扰。

3.2.5 死区时间控制技术

GaN HEMT 器件虽然没有体二极管的反向恢复过程，但在死区时间内相表现出更高的导通压降，会带来额外的效率损失。此外，如果死区时间设置不合理，半桥输出电容的充放电带来的损耗也必须考虑。文献[12,17]给出一种适用于GaN 半桥驱动器的自适应死区控制策略。电路通过采样负载电流和输入电压，对死区产生电路的充电电流进行实时调整，实现死区时间的自适应调整。文献[15]更是采用数字控制策略，对GaN 驱动器的死区时间及其他特性进行优化控制（见图9）。

4 绝缘隔离GaNHEMT 栅驱动芯片研究进展

4.1 绝缘隔离GaN HEMT 栅驱动芯片架构

图7 GaN HEMT 器件多电平驱动技术

图8 扩频技术及扩频示意图[16]

图9 数字控制GaN 半桥栅驱动IC[15]

对于超过600 V 的GaN 栅驱动IC 产品，国际主流厂商均采用绝缘隔离技术来实现。该技术将高低压信号处理电路在物理空间上隔离开，但是该技术实现栅驱动IC 产品必须采用芯片组封装集成，具体实现时可采用变压器或电容进行高低压电路之间隔离区的信号传输。在产业界，Infineon 公司最新推出的650 V GaN HEMT 驱动GaN Eice DRIVERTM产品1EDS5673即采用变压器磁耦合隔离技术[20]，TI 公司最新推出的UCC21220 高压GaN HEMT 半桥栅驱动器即采用电容电荷耦合隔离技术[21]；学术界中，文献[22-25]分别就采用绝缘隔离技术的GaN HEMT 半桥栅驱动芯片的系统架构和关键实现技术进行了研究。

图10 典型绝缘隔离GaN 栅驱动IC

图10（a）为英飞凌1EDS5673K GaN HEMT 栅驱动器的内部功能系统框图和典型应用方案。可以看出驱动器由1 个输入信号接收芯片和2 颗相同的输出驱动芯片通过集成封装而来。输入信号接收芯片的基本功能包括信号输入、死区时间、欠压保护和数据发送模块；2 颗输出驱动芯片基本功能包括信号驱动输出、欠压保护和数据接收模块；3 颗芯片之间设置了高压隔离区，输入信号接收芯片与2 颗输出驱动芯片之间的隔离区采用相同且耐高压的变压器组进行信号传输。与前文所述的电平移位型单片集成驱动器芯片相比，变压器隔离型栅驱动器中，高侧高压电路区与低压区之间的信号传输不使用高压电平移位电路。因此芯片组所使用的3 颗芯片均不需要使用耐压为VH的高压器件，只需耐压VCC的中压器件即可，所以其对应的加工工艺只需VCC电压的BCD 工艺即可，并且低压器件可以工作在更高的开关频率。图10（b）为TI 公司UCC21220 半桥栅驱动器的内部功能系统框图。可以看出该驱动器总体架构和变压器隔离栅驱动器类似，主要差异在于输入信号接收芯片与2 颗输出驱动芯片之间采用耐高压的电容器进行信号传输，与之对应的高压电容两端信号发送和接收电路实现方式也存在差异。

4.2 绝缘隔离GaN HEMT 栅驱动芯片关键技术

4.2.1 绝缘隔离信号传输技术

高压绝缘隔离通常采用变压器隔离和电容隔离2种架构，2 种方式各有优缺点。变压器隔离使用片上电感构成变压器进行隔离通讯，既可以传输数据也可以传输能量，但是片上电感占用的面积很大而且抗磁场干扰能力较弱。电容隔离使用片上电容进行隔离通讯，占用面积小，抗磁场干扰能力强，但是很难传输功率。高压绝缘隔离区两侧的信号传输主要利用调制技术实现。较早的技术有模拟调整解调技术（包括调幅及调频），目前产业界新一代产品均采用数字调整技术。

为提高信号发送链路的抗干扰能力，发射机到接收机的高频信号通路设计为全差分架构，以达到最佳的共模抑制能力。例如UCC21220 内部采用全差数字FSK 调制。发射机对输入信号的电平进行采样，若输入高电平则将载波传送过隔离屏障，若输入低电平则没有能量传递给接收机，接收机采用频率检波的方式对信号进行解调。这种调制方式的特点是中等的静态功耗，对信号电平敏感，不需要实时刷新电路，抗干扰能力较强。文献[25]提出一种基于UWB 技术的双向绝缘隔离信号传输技术；文献[26]提出一种同时采用调幅和调频技术、共享一个传输电感的信号传输技术，如图11 所示，最大程度减少了芯片面积开销。

图11 绝缘隔离区双向传输技术[26]

4.2.2 高压电感/电容实现技术

集成变压器和电容隔离两类隔离方式均通过在物理空间上将高压区和低压区进行隔离。区别之处在于变压器隔离通过高压变压器的电感耦合方式实现隔离区两侧的有效信号传输，而电容隔离则通过高压电容的电荷耦合实现隔离区两侧的有效信号传输。信号传输均通过集成在同一颗芯片中不同金属层的高压电感/电容耦合方式实现在物理隔离区之间的信号传输，2 个高压电感/电容极板分别由芯片的顶层金属和底层金属实现。

英飞凌公司为实现高压隔离变压器结构，将变压器的初级侧和二次侧分别采用不同金属层的电感实现，通常采用顶层金属和M2 两层金属实现变压器的初级侧和二次侧。TI 公司电容隔离系统中常用的高压电容结构将最底层金属作为电容下极板，将最顶层金属作为电容上极板，中间的SiO2作为隔离栅的隔离介质。文献[22-24]也采用CMOS 工艺，研究了不同结构片上集成变压器的特性。

5 GaN 基单片集成功率IC 研究进展

目前实现单片集成栅驱动芯片的主要工艺平台为BCD 工艺，为实现高低压隔离，必须使用高压电平移位电路，其中核心就是高耐压LDMOS 管。而高耐压LDMOS 管的寄生电容和开启特性和耐压极其相关，导致高耐压的高压电平移位电路无法实现超高速信号传输，因此采用该技术只能实现中低压的单片集成GaN 器件高速驱动芯片。GaN 器件的突出优势就是超高开关速度，采用BCD 工艺实现的高压驱动芯片的开关速度还难以发挥出其最佳性能，为此近年来提出一些采用GaN 材料将GaN HEMT 器件、电阻、电容等进行单片集成的栅驱动芯片解决方案，从而实现高压GaN 器件的超高速驱动，发挥GaN HEMT 器件的最大优势[27-30]。

在产业界，Navitas 公司实现了一种面向650 V 应用的GaN 单片功率IC，如图12（a）所示[27]。该电路包括预驱动电路和650 V 的高压HEMT，在简单BOOST 系统中无需驱动电路，在半桥驱动系统中还需要使用常规半桥驱动IC，该GaN 功率IC 可以实现超过20 MHz 的开关速度。图12（b）为Pansonic 公司报道的另外一种GaN 单片功率IC，实现了GaN 功率HEMT 和半桥功率电路的单片集成[28]。学术界，文献[31-35]报道了几种GaN 基模拟和数字功能电路。国内电子科技大学张波团队在GaN 单片功率IC 方面也开展了不少研究工作，2019 年报道了一种GaN 基DC/DC 控制器IC，可实现24 V 的电压变换[36]。该GaN单片功率IC 集成的GaN 功能电路包括PWM 信号产生电路、比较器电路、反馈和保护电路，如图12（c）所示。总体来说，当前GaN 功率IC 的系统集成度还远未达到硅基工艺的成熟度，有很大研究空间。

图12 典型GaN 基单片集成功率IC

6 结论

本文介绍了GaN HEMT 的器件特性和驱动要求，对其栅驱动芯片的典型架构和每种芯片架构各自的关键实现技术研究现状、GaN 基单片集成功率IC 的发展状况进行了综述。目前增强型GaN 器件栅驱动芯片技术成熟度尚未达到硅基功率器件驱动芯片的水平，总体来说沿着高频化、高可靠性、低干扰、高效率和智能化等方向发展。依照技术路线来划分，中低压（200 V 以下）GaN HEMT 栅驱动芯片主要采用电平移位结构；高压（600 V 以上）栅驱动芯片主要采用绝缘隔离驱动方案。采用GaN 基材料集成的驱动芯片可以实现最佳的速度特性，但是目前集成度太低，因此有着巨大的发展潜力。