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美国布法罗大学研制出耐压1850V的氧化镓晶体管

发布日期:2018-08-30  浏览次数:86
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  美国纽约州立大学布法罗分校研制出击穿电压达到1850V的氧化镓晶体管,有望在改善电动汽车,太阳能和其他形式可再生能源方面发挥关键作用,如可使电动汽车提高能量输出的同时,保持车身的轻量化和流线化设计。研究成果发表在《IEEE电子器件快报》9月刊。

  

 

  图为美国布法罗大学所研制的晶体管阵列的光学显微镜图像。三个暗箭头是针探对晶体管进行电测量。(来源:布法罗大学)

  研究背景

  目前使用最广泛的半导体材料是硅。多年来,科学家一直依赖其实现对电子设备中更大功率的控制。但科学家们已无法扩大挖掘硅作为半导体材料的能力,转而探索其他材料,如碳化硅,氮化镓和氧化镓。虽然氧化镓的导热性差,但其带隙(约4.8eV)超过碳化硅(约3.4eV),氮化镓(约3.3eV)和硅(1.1eV)。

  该研究的主要作者、布法罗大学工程与应用科学学院电气工程副教授Uttam Singisetti博士说,“为了推进这些技术,我们需要具有更强大和更有效的功率电子元器件。氧化镓开辟了我们用现有半导体无法实现的新可能性。”

  核心进展

  Singisetti和其学生Ke Zeng和Abhishek Vaidya制造了一个由5微米宽的氧化镓制成的金属氧化物半导体场效应晶体管(mosFET),约为一张纸厚度的1/20。采用高带隙材料制成的器件可以比由带隙较低材料制成的器件更薄,更轻,功率处理能力更强。此外,高带隙材料可经受更高的温度,减少对庞大冷却系统的需求。

  主要性能

  研究人员表示,该晶体管的击穿电压为1850伏,是氧化镓半导体器件现有记录的二倍多,如视频所示。击穿电压越高,器件可以处理的功率越大。

  潜在应用

  Singisetti表示,由于晶体管的尺寸相对较大,因此不适合智能手机和其他小型设备,但可用于调节大规模运营中的能量流,如太阳能和风能发电厂,以及包括汽车,火车和飞机在内的电动交通工具中。

  意义

  Singisetti说:“一直以来我们通过使用更多的硅来提高晶体管的功率处理能力,但这会增加更多的重量,降低效率。使用氧化镓可在材料用量更少的情况下达到并超过硅基器件性能,带来更轻,更省油的电动汽车。”然而,要实现这一目标,必须解决一些挑战,特别是,必须克服氧化镓低导热性的缺点。

  参考文献

  Ke Zeng et al. 1.85 kV Breakdown Voltage in Lateral Field-Plated Ga2O3 MOSFETs,IEEE Electron Device Letters (2018).

  DOI: 10.1109/LED.2018.2859049

  来源:大国重器


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