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1.虽然广泛的努力正在推动GaN器件向千伏应用方向发展，但在超低电压(ULV)端也存在巨大的机会，这在GaN器件社区中有时很大程度上被忽视了。例如，据估计，数据中心消耗了全球10%的电力，在它们的配电系统中，48-1 V稳压器(VR)模块被放置在靠近cpu和gpu的地方这种48v机架架构最近被google采用。两级方法通常用于48v VR模块，中间电压总线为12或6 V。在智能手机和可穿戴设备中，VR模块在更低的电压下工作，将电池电压(3.2-4.5 V)转换为1 V。第二阶段的48v数据中心机架和移动设备的VR模块都需要ULV 5 - 30v电源设备，可以在非常高的频率切换这种频率升级是VR模块小型化的关键，并实现其与处理器的3D集成，即集成的VR (IVR)，这可能会带来系统效率、外形因素和功能的革命性进步。
2.Si平面双扩散MOSFET (LDMOS)是这些VR模块的主导玩家，GaN HEMT是唯一的定位为游戏规则的改变者，因为它可以实现更高的开关频率和双向传导。目前，最低电压的商用GaN功率器件是15 V 3.4 a HEMT (EPC 2040)，与类似额定的Si LDMOS(如RAL035P01)相比，HEMT的输入电容(CISS)变小30倍，输出电容(COSS)变小2.5倍，栅电荷(QG)变小30倍。最近，这些15 V GaN HEMTs使智能手机IVR的频率达到20 MHz，比基于si的智能手机vr的频率高3 - 10倍。这些结果展示了超低电压GaN HEMTs的良好前景，而最近Intel在300毫米硅片上展示的GaN功率HEMTs与Si CMOS集成的可行性进一步巩固了这一前景。
3.然而，基于sps - hemt结构的商用超低电压GaN器件[见图2(a)]可能无法充分利用GaN的潜力，尤其是针对更低电压(例如，低于10 V)的器件。超低电压hemt的关键设计目标是最小化特定的RON，通常与特定额定电流下的模具尺寸、电容和电荷成比例，同时保持e模式运行。与高电压器件不同，超低电压hemt的RON主要由栅极区通道电阻贡献[图8(a)]。注意，栅极下的通道电子浓度是由栅极电容(CG)和栅极超速驱动决定的，而不是2DEG浓度。在SP-HEMT中，为了实现电模工作，需要一个较厚的p-GaN，使栅极远离2DEG，从而导致较小的CG和跨导(gm)。带有完全栅凹的GaN MOS- hemt也不适合用于超低电压hemt，因为2DEG通道被MOS通道取代，通道迁移率(μCH)显著降低。
4.最近，Intel报道了一种AlInN/AlN/GaN ULV MOS-HEMT，采用部分势垒凹(去除AlInN极化层)来实现电模工作，并使用复合高k栅极介质(有效氧化层厚度为2.3 nm)来产生较大的CG和gm[图8(b)]。与10-20 V的Si LDMOS相比，这些超低电压GaN hemt的特定ront降低了3.6倍以上，对于电力电子和射频放大器应用都很有吸引力。尽管有出色的性能，器件的制造可能是具有挑战性的，特别是在AlInN/AlN界面的刻蚀停止保持AlN/GaN 2DEG通道。晶圆级刻蚀均匀性是大直径晶圆加工的一大挑战。
5.FinFETs和三角hemt是ULV GaN功率器件的其他候选器件，因为它们消除了微妙的部分屏障凹。最近发表了一篇关于GaN finfet和trigate器件的全面综述。这些基于鳍片的栅极结构通过侧壁栅极增强的2DEG损耗和由于局部应变松弛而降低的2DEG密度实现了电模工作。基于栅极堆的三角hemt有三种类型，包括肖特基接触、MIS结构和绕在栅极区2DEG鳍上的p-n结。三栅GaN MISHEMTs和三栅GaN结HEMTs (JHEMTs)的原理图如图9(a)和9(b)所示。这些三栅hemt最初是为高压应用而开发的。尽管如此，最近已经明确指出，它们可以在栅极区域允许低通道电阻，从而适用于超低电压器件。三栅保留2DEG通道，并将栅极金属放置在2DEG通道附近，同时实现高μCH、gm和CG。Ma等人提取了不同电模技术的实验器件栅极区平均片电阻(RSH G)，发现电模三角hemt与sp - hemt或mos - hemt相比，栅极区平均片电阻一般要低5 - 10倍。
6.值得注意的是，三栅JHEMT是一种新的三角器件，不同于所有先前的三角hemt。由于较高的内置电势和绝缘体电压降的消除，p-n结可以提供比MIS堆栈更强的耗尽，使它更容易实现e模式运行和抑制短通道效应。此外，结三栅可以最大限度地减少在MIS堆栈中广泛报道的接口捕获和不稳定问题。第一个三栅JHEMT是用p-NiO包裹AlGaN/GaN鳍片进行演示的[图9(c)]，显示了优于在同一晶圆上制备的三栅MIS-HEMT的性能。
7.尽管三角GaN hemt已经发展了十年，但其在功率变换器中的开关特性的实验研究仍然缺乏。随着一些其他GaN器件的商业化，这成为了三角GaN hemt的迫切需求。最近，Ma等人系统地分析了三角GaN HEMTs的静态和切换性能空间。研究发现，三角GaN MISHEMT很难提供优越的开关特性值(FOM)，因为较小的RON所带来的好处被栅区更高的寄生电容所补偿。相比之下，模拟预测三角GaN jhemt允许更小的栅极电容，同时保留三角器件的优点，从而实现比平面p门GaN hemt更优越的开关fom(例如，RON和栅极/输出电荷的产物)。
8.正如第二部分C的总结，最近15 V商用sp - hemt的可用性显示了在超低电压电力电子中使用GaN的良好前景。然而，超低电压HEMT的设计，尤其是栅极结构的设计，与更高电压的同行相比，需要非常不同的考虑。具有部分势垒隐窝的mos - hemt、finfet和三栅hemt在超低电压应用中表现出优于sp - hemt的性能。然而，在他们的设计中仍然存在许多知识空白，例如最优的e模门堆叠和通道材料，以及它们的电路电平表征，特别是集成了GaN驱动器的超低电压HEMT模块(如半桥模块)。需要注意的是，超低电压、高频器件的开关特性需要与栅极驱动器和器件/模块封装共同优化。
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