Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料因具禁带宽度宽、电子饱和速率高、临界击穿电场高、介电常数低等优点,使其在高电子迁移率晶体管(HEMT)等器件方面得到深入开发。极化效应和导带不连续性产生了天然的面密度达1013量级的高浓度二维电子气(2DEG),使得AlGaN/GaN HEMT器件的导通电阻非常低。另外,其输入电容(Ciss)、反馈电容(Crss)和输出电容(Coss)通常仅在数pF至数十pF之间,因而在高频性能方面表现卓越。但是,晶格失配所产生的高密度的晶体缺陷致使AlGaN/GaN HEMT器件存在一系列的可靠性问题,诸如动态导通电阻升高、电流崩塌以及开关延迟等。再加上AlGaN/GaNHEMT器件的高电压、大电流、高频等工作条件,这些可靠性问题就越发变得突出。因此,需要行之有效的测试表征方案以及理论模型来准确掌握其在电路应用中的性能表现并为后端电路设计提供理论指导依据。那么,精确提取AlGaN/GaN HEMT器件的动态导通电阻以及对其开关损耗进行建模就非常重要。本论文基于AlGaN/GaN HEMT电力电子器件在开关电源领域的应用,从理论、仿真和实验三个方面系统地研究了其动态导通电阻和损耗模型,主要研究内容和研究成果如下:1.提出了基于双二极管隔离技术的AlGaN/GaN HEMT器件动态导通电阻提取电路,通过研究该新型电路中各个器件的寄生电容对提取电路的频率响应的影响,提出了解决限制提取电路带宽的方法。另外,通过对隔离二极管前向压降的实时测量,以及采用低电流、高动态性能恒流二极管对额外自热效应的消除,提升了导通电阻的提取精度。最终,所设计的电路实现了高频(达1 MHz以上)和高电压(达600 V)下的动态导通电阻的提取,提取精度达到97.8%。通过系统地研究AlGaN/GaN HEMT器件的动态Rdson与关态漏源电压(Vds_off)、工作频率(fs)和工作占空比(duty)之间的关系,发现AlGaN/GaN HEMT器件的动态Rdson是直流Rdson的数倍,同时也验证了俘获效应与电场和开关时间相关。2.提出了 AlGaN/GaN HEMT器件在高频开关应用时的高频非线性分段动态损耗模型。整个开关时序被细分为12个小的时间间隔,每个时间间隔的漏极电压(Vds),漏极电流(Idrain)、栅极电压(Vdrive)和时间都被精确建模,最后得到完整的动态损耗计算模型。与传统模型不同的是,这个模型考虑了动态导通电阻增加的问题、漏极电流对开关时间的影响以及漏极电流与实际沟道电流的差异。实验表明采用该模型的计算结果与实际测试结果高度一致。最后,基于动态损耗的分析,提出了一个更适合AlGaN/GaN HEMT器件在高频开关应用中的工作模式-准谐振模式(QRM)。该模式具有较低的漏极电压和较高的峰值电流,因此可以获得较低的损耗,同时可以突破高频的限制。3.通过对动态导通电阻的提取以及对其随漏极电压变化的分析,首次将AlGaN/GaN HEMT器件的动态导通电阻与器件性能退化的平均激活能关联起来,并建立模型成功提取出器件的平均激活能。平均激活能的提取结果揭示了动态导通电阻随漏极电压的关系曲线在200V附近存在拐点的原因,并分析得到了不同电压下占主导影响的缺陷位置。4.首次建立实验的方法揭示了 AlGaN/GaN HEMT电力电子器件的漏源寄生电容(Cds)对沟道电流的影响规律,并发现器件漏极电流和沟道电流存在差异。进一步验证了器件的漏源寄生电容对动态导通电阻的作用以及源极电感对器件损耗的影响。实验结果表明动态导通电阻与俘获效应存在关联性,并依此修正了动态开关损耗模型。