研究人员利用氮化镓开发新型电子设备

资讯 (45) 2周前

据国外媒体报道,工程研究人员发明了一种新型大功率电子设备,比之前的技术更加节能。这种器件是通过以受控方式“掺杂”氮化镓(GaN)的独特技术实现的。

北卡罗来纳州立大学前博士生多拉尔·哈查里亚(Dolar Khachariya)表示,“许多技术都需要电能转换,将电能从一种形式转换为另一种形式。例如,这项技术可能需要将交流电转换为直流电,或电能来工作,就像电动机一样。在各种功率变换系统中,大部分功率损耗发生在功率开关上,它是功率变换系统电路的有源元件。

“开发更高效的电力电子产品,如电源开关,可以降低转换过程中的功率损耗。开发支持更可持续的电力基础设施(如智能电网)的技术具有重要意义。”

北卡罗来纳州立大学材料科学与工程副教授拉蒙·科拉佐(ramón Kumar)说:“这项工作不仅可以减少电力电子设备中的能量损失,还可以使电力转换系统比传统的硅和碳化硅电子设备更加紧凑。因此,这些系统可能会集成到目前不适用的技术中(受重量或尺寸的限制),例如汽车、船舶、飞机或整个智能电网中的分布式技术。”

在2021年发表的论文中,研究人员概述了一种通过离子注入和激活在GaN材料的目标区域进行掺杂的技术。换句话说,杂质被引入到GaN材料的特定区域,并且GaN的电特性仅在这些区域被选择性地修改。

在这篇新文章中,研究人员展示了如何使用这项技术制造实际设备。具体来说,研究人员使用选择性掺杂的GaN材料来制造结势垒肖特基(JBS)二极管。

科拉佐说:“在各种电力系统中,像JBS二极管这样的电力整流器可以用作开关。然而,在过去,这些元件是由半导体硅或碳化硅制成的,因为未掺杂的GaN材料的电特性与JBS二极管的架构不兼容,并且它们不能起作用。研究人员已经证明,可以通过选择性掺杂GaN来制造功能性JBS二极管。这些二极管不仅具有功能性,而且提高了功率转换的效率,超过了传统半导体的JBS二极管。例如,这种GaN JBS二极管是在天然GaN衬底上制造的,具有创纪录的高击穿电压(915 V)和低导通电阻。”

目前,研究人员致力于与行业合作伙伴合作,扩大选择性掺杂GaN的生产规模,并将寻找更多的合作伙伴来解决更广泛的制造问题,以及使用该材料的电力设备的相关问题。

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