2022-09-11
 
研究人员展示了使用氮化镓的新的、更节能的设备
2022年09月11日  

工程研究人员已经创造出比以前的技术更节能的新的大功率电子设备。这种器件是通过一种独特的技术以可控的方式“掺杂”氮化镓(GaN)而实现的。

“许多技术需要电源转换鈥攚这项工作的第一作者、北卡罗来纳州立大学的前博士生多拉尔·卡查里亚(Dolar Khachariya)说:“在这里,电力从一种形式转换到另一种形式。例如,这项技术可能需要将交流电转换成直流电,或者将电转换成电能。”鈥攍像一台电动机。在任何电力转换系统中,大部分电力损失发生在电源开关处鈥攚hich是构成功率转换系统的电路的有源部件。”

“开发更高效的电力电子设备,如电源开关,可以减少转换过程中的功率损耗,”哈查里亚说,他现在是阿卓特材料公司的研究员。“这对于开发技术以支持更可持续的电力基础设施,如智能电网,尤其重要。”

“我们在这里的工作不仅意味着我们可以减少电力电子设备的能量损失,而且我们还可以使电力转换系统比传统的硅和碳化硅电子设备更紧凑,”Ram说贸n Collazo是该论文的合著者,也是NC州立大学材料科学与工程副教授。“这使得可以将这些系统整合到由于重量或尺寸限制而目前不适合的技术中,例如汽车、船舶、飞机或分布在整个智能电网中的技术。”

在2021发表在《应用物理快报》上的一篇论文中,研究人员概述了一种使用离子注入和激活来掺杂GaN材料靶区的技术。换句话说,他们将杂质设计到GaN材料上的特定区域中,以仅在这些区域中选择性地修改GaN的电性能。

在他们的新论文中,研究人员演示了如何使用这种技术来创建实际设备。具体地说,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。

“电力整流器,如JBS二极管,在每个电力系统中都用作开关,”Collazo说。“但从历史上看,它们是由半导体硅或碳化硅制成的,因为未掺杂GaN的电性能与JBS二极管的结构不兼容。这根本不起作用。”

“我们已经证明,您可以选择性地掺杂GaN以创建功能性JBS二极管,并且这些二极管不仅具有功能性,而且比使用传统半导体的JBS二极管实现更高效的功率转换。例如,在技术方面,我们的GaN JBS二极管在原生GaN衬底上制造,具有创纪录的高击穿电压(915 V)和创纪录的低导通电阻。”

“我们目前正在与行业合作伙伴合作,以扩大选择性掺杂GaN的生产,并正在寻找更多的合作伙伴,以解决与更广泛地制造和采用这种材料的功率器件有关的问题,”Collazo说。

论文“使用超高压退火激活的Mg注入实现接近理想性能的垂直GaN结势垒肖特基二极管”,发表在《应用物理快报》杂志上。

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