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[分享] 研究人员利用氮化镓开发新型电子设备 更加节能

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发表于 2022-9-14 14:43:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

据外媒报道,工程研究人员发明了新型高功率电子设备,比以前的技术更节能。这种装置通过一种以受控方式“掺杂”氮化镓(GaN)的独特技术而实现。




(图片来源:北卡罗来纳州立大学)

北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的前博士生Dolar Khachariya表示:“许多技术都需要进行电能转换,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,或者将电能转换为功,就像电动机一样。在各类电力转换系统中,大部分电力损失发生在电源开关上,这是构成电力转换系统电路的有源部件。

“开发更高效的电力电子产品,比如电源开关,可以减少转换过程中的电力损耗。对于开发支持更可持续电力基础设施的技术,比如智能电网,具有重要意义。”

北卡罗来纳州立大学材料科学与工程学副教授Ramón Collazo表示:“这项工作不仅可以减少电力电子设备中的能量损耗,而且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,这些系统可能整合到目前不适用(因重量或大小而受限)的技术中,例如汽车、船舶、飞机或整个智能电网中的分布技术。”

在2021年发表的论文中,研究人员概述了一种利用离子注入和激活在GaN材料目标区域中进行掺杂的技术。换句话说,将杂质引入GaN材料的特定区域,有选择性地仅在这些区域修改GaN的电学特性。

在新论文中,研究人员演示了如何利用这种技术来制造实际的设备。具体来说,研究人员使用选择性掺杂的GaN材料,制造结势垒肖特基(JBS)二极管。

Collazo表示:“在各类电力系统中,JBS二极管等电力整流器可用作开关。然而,以往这些部件由半导体硅或碳化硅制成,因为未掺杂GaN材料的电学性质与JBS二极管的架构不兼容,无法起作用。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,超过传统半导体的JBS二极管。例如,这种GaN JBS二极管在天然GaN基层上制备,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伙伴合作,以扩大选择性掺杂GaN的生产规模,并将寻找更多的合作伙伴,以解决更广泛的制造问题,以及采用这种材料的电力设备的相关问题。


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