文章是关于氮化镓（GaN）场效应晶体管（FET）技术在空间应用中的可靠性、辐射效应和市场前景的概述。文章由Airbus Defence & Space的多位专家撰写，涵盖了GaN FET技术的多个关键方面，包括技术概述、可靠性问题、辐射敏感性、市场分析以及未来空间应用的使命需求。

I. 引言 (Introduction)

文章从GaN功率器件作为新兴技术开始，强调了其在商业上日益增长的兴趣，尤其是在电源转换应用中的优越性能。GaN技术允许设计更高频率和效率的电源转换器，超越了传统硅（Si）器件的极限。文章指出，可靠性和辐射是GaN HEMT器件的关键问题，因为它们可能受到在硅技术中未观察到的多种失效机制的影响，如栅极边缘退化、俘获和去俘获、热电子效应等。这些失效机制可能导致电气退化，如动态导通电阻增加、击穿机制、阈值电压的永久性和可恢复变化以及栅极漏电流的变化。在辐射敏感性方面，尽管GaN材料本身对位移损伤和剂量效应具有辐射硬化特性，但GaN技术被认为对单粒子效应（SEE）敏感。

II. 使命需求概览 (Overview of Mission Requirements)

文章讨论了GaN技术在提高开关能力方面相比硅技术的改进，这使得在等效耗散下可以实现更高的开关频率。系统研究表明，主要电源转换可能从功率密度的翻倍中受益，从而在电源系统级别实现显著的质量和成本节省。GaN技术可能受益的构建块包括最大功率点跟踪器、调节总线转换器和等离子推进电源单元。文章强调了对电气推进的需求增加，如通信和探索任务，其中质量和（或）成本的突破对于维持业务至关重要。

III. GaN FET技术与可靠性 (GaN FET Technology and Reliability)

文章深入探讨了GaN设备，特别是横向异质结场效应晶体管（HFETs），也称为高电子迁移率晶体管（HEMTs）。文章解释了p-GaN HEMT的基本结构，强调了AlGaN/GaN异质结的特点，包括形成高迁移率电子层（2DEG）和由于AlGaN和GaN之间的晶格失配引起的压电晶体应变。这些特性为射频（RF）和功率应用提供了独特的组合。文章还讨论了GaN器件可能受到的不同失效机制，这些机制在硅技术中未被观察到，包括高电压、电流、压电效应以及外延层、机械基底和封装之间的热失配。

IV. GaN FET市场 (GaN FET Market)

市场调查部分基于质量与可靠性评估、辐射评估、商业评估、设计评估和供应链评估。尽管全球有许多参与者在开发GaN-FET解决方案，但只有少数几家真正适合空间使用。文章指出，空间DC/DC电源转换的基线要求通常是常闭（或增强模式，e-mode）。市场上已有采用p-GaN门结构的GaN-FET产品，如Panasonic、EPC、Renesas、Freebird、GaN Systems和Infineon等工业供应商。文章还提到了IMEC和FBH等欧洲机构提供的GaN-IC代工服务。

V. 结论 (Conclusion)

文章总结了关于GaN-FET的一些常见误解，特别是关于其固有的辐射硬度。作者指出，目前市场上能够承受辐射（特别是重离子）的GaN-FET产品限制在300V以下。对于更高电压的GaN-FET，如650V及以上，这些电压对于电推进是有趣的，将需要特定的辐射硬化和特定的辐射硬化工艺。文章强调了欧洲迫切需要协调的主要努力，以开发可在空间中使用更高电压（超过300V）的辐射硬化和高可靠性GaN-FET。此外，作者建议基于正在进行的JEDEC GaN子委员会（JC-70.1）的结果建立ESCC标准，以评估空间应用的可靠性。

总结

这篇文章为读者提供了GaN FET技术在空间应用中的全面概述，包括技术优势、面临的挑战、当前市场状况以及未来发展的方向。文章强调了GaN FET在提高电源转换效率和频率方面的潜力，同时也指出了在可靠性和辐射硬度方面的挑战。此外，文章还讨论了欧洲在开发适用于空间应用的高可靠性GaN FET方面的紧迫需求，并提出了一些建议和未来研究方向。通过这篇文章，读者可以了解到GaN FET技术在空间领域的应用前景，以及为了实现这些应用所需克服的技术障碍。