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美国研发薄如纸的氧化镓晶体管可处理8000V以上的电压

发布时间:2020-06-29 08:06:50 来源: 作者:

  如果体积庞大的电池以及相关的电力系统不再占据宝贵的货运空间的话,人们都会喜欢电动汽车的。不过,现在,据外媒报道,美国纽约州立大学布法罗分校the University at Buffalo正在研发一款基于氧化镓的晶体管,可能对此能够提供一些帮助。



图片来源:布法罗分校

在最新的一项研究中,布法罗分校的电气工程师描述了一种微型电子开关,能够处理8000V以上的电压,而且只有一张纸那么薄。该晶体管有助于制造出更小、更高效的电子系统,用在电动汽车、机车和飞机上,用于控制和转换电子,即用于电力电子研究领域。此外,制成的电子系统将有助于延长此类交通工具的续航里程。

该研究的第一作者Uttam Singisetti表示:“为了未来能够实现此类技术,我们需要研发下一代电子元件,而且此类元件能够在不增加电力电子系统尺寸的情况下,应对更大的电力负载。”

目前,研究人员正在探索氧化镓在电力电子领域的潜力,主要原因可能在于其具备一种称为“带隙”的特性。带隙能够测量使电子转变为导电状态需要多少能量。宽带隙材料制成的系统与低带隙材料制成的系统相比,更薄、更轻、能够处理更高的功率。



图片来源:布法罗分校

氧化镓的带隙约为4。8电子伏特,是具有超宽带隙材料中的精品。碳化硅带隙约为3。4电子伏特和氮化镓约为3。3电子伏特等材料的带隙超过了电力电子设备中最常用材料——硅1。1电子伏特的带隙,也是潜在的硅替代品。

新型晶体管研究的关键创新在于一种称为钝化的化学过程,其中包括给设备涂上涂层,从而减轻设备表面的化学反应。为实现这一点,研究人员添加了一层SU-8,即通常用于微电子设备中的环氧聚合物。

研究人员获得的测试结果令人印象深刻,实验室测试显示,该晶体管在崩溃前可以处理高达8,032 V的电压,高于目前处于研发中、由碳化硅或氮化镓制成的设计类似的晶体管。

研究人员表示:“崩溃电压越高,设备能够处理的功率也越高。打造钝化层是提高氧化镓晶体管性能的一种简单、高效且经济的方法。”

模拟测试还表明,该晶体管的场强度超1000万伏特/厘米。场强度就是在特定地点测量电磁波的强度,最终可以决定电力电子系统的大小和重量。

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