新研究:超薄氧化镓晶体管可承受8000伏以上的电压

布法罗大学正在研发的一种基于氧化镓的晶体管可能会给人们带来帮助。在这项研究中,电气工程师描述了这种微型电子开关如何能够承受8000伏以上的电压,考虑到它的厚度只有一张纸,这是一项令人印象深刻的壮举。这一进步超越了硅和其他成熟技术,并可能有助于提高电动汽车等续航能力。

这种晶体管有助于开发出更小、更高效的电子系统,该系统可以控制和转换电动汽车,机车和飞机中的电力系统(这是电力电子领域的研究领域)。这也有助于提高这些车辆的续航能力。

为了将这些技术真正推向未来,我们需要下一代电子元件,能够在不增加电力电子系统规模的情况下处理更大的电力负荷,这种晶体管还可以使微电网技术和固态变压器受益。该研究小组一直在研究氧化镓的潜力,包括之前探索用这种材料制成的晶体管的工作。研究人员正在探索氧化镓在电力电子领域的潜力的主要原因可能是一种被称为“带隙”的特性。

能隙(band gap或energy gap)也译作能带隙(energy band gap)、禁带宽度(width of forbidden band),在固体物理学中泛指半导体或绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。使用宽带隙材料制成的系统可以比使用带隙较低的材料制成的系统更薄、更轻,并能处理更多的功率。

氧化镓的带隙约为4.8eV,超过碳化硅(约3.4eV),氮化镓(约3.3eV)和硅(1.1eV)的带隙。这使其成为超宽带隙材料中的佼佼者。

新晶体管的一项关键创新围绕钝化进行,钝化是一种化学过程,涉及对器件进行涂层以降低其表面的化学反应性。为此,研究人员添加了一层SU-8,这是一种微电子学中常用的环氧聚合物。研究结果令人印象深刻。测试显示,这种晶体管可以承受8032伏的电压,这比正在开发中的碳化硅或氮化镓制成的类似设计的晶体管要高。

新研究:超薄氧化镓晶体管可承受8000伏以上的电压

击穿电压越高,器件可以处理的功率越大。钝化层是提高氧化镓晶体管性能的一种简单、高效、低成本的方法。

模拟表明该晶体管的场强超过1000万伏(或10兆伏)/厘米。场强是衡量电磁波在给定点上的强度,它最终决定了电力电子系统的大小和重量。

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