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新的纳米晶体管在高电压下保持低温

2023-03-17 来源：昭通机械信息网

新的纳米晶体管在高电压下保持低温

电源转换器是鲜为人知的系统，它使电如此神奇。它们使我们能够插入计算机，灯具和电视，并迅速打开它们。

转换器将墙上插座发出的交流电（AC）转换为电子设备所需的直流电（DC）的精确水平中国机械网okmao.com。但是在此过程中，它们平均还会损失多达20％的能量。

功率转换器通过使用功率晶体管来工作，功率晶体管是设计用来打开和关闭并承受高压的微型半导体组件。

设计新颖的功率晶体管以提高转换器的效率是EPFL工程师团队的目标。凭借其全新的晶体管设计（基于纳米结构在高压应用中的反常应用），转换过程中损失的热量少得多，从而使晶体管特别适合于电动汽车和太阳能电池板等大功率应用。他们的发现刚刚发表在《自然电子》上。

的散热在转换器是由高电阻，除其他因素外，这是在功率电子器件的最大挑战引起的。EPFL POWERlab负责人，论文的合著者Elison Matioli说：“我们每天都会看到电力损耗的例子，例如笔记本电脑的充电器发热时。

在大功率应用中，这甚至成为一个问题。他补充说：“半导体元件的标称电压越高，电阻就越大。” 例如，功率损耗会缩短电动汽车的行驶距离，并降低可再生能源系统的效率。

Matioli及其博士学生Luca Nela及其团队开发了一种晶体管，该晶体管可以大大降低电阻并减少大功率系统中的散热量。更具体地说，它的电阻小于传统晶体管的一半，同时保持超过1,000 V的电压。EPFL技术结合了两项关键创新。

第一种方法是在组件中构建几个导电通道，以分配电流-就像添加到高速公路上的新车道一样，以使交通更顺畅地流动并防止交通拥堵。Nela说：“我们的多通道设计可分流电流，从而降低电阻和过热。”

第二项创新涉及使用由氮化镓制成的纳米线，氮化镓是一种适用于电源应用的半导体材料。纳米线已经用于低功耗芯片，例如智能手机和笔记本电脑中的芯片，而不是用于高压应用中。POWERlab展示了直径为15 nm的纳米线，并具有独特的漏斗状结构，使其能够支持高电场，并能承受超过1,000 V的电压而不会击穿。

由于这两项创新的结合（允许更多电子流过的多通道设计以及增强纳米线电阻的漏斗结构），晶体管可以在大功率系统中提供更高的转换效率。“我们使用倾斜的纳米线构建的原型的性能是文献中最好的GaN功率器件的两倍，” Matioli说。

尽管工程师的技术仍处于试验阶段，但大规模生产不应有任何主要障碍。“增加更多的通道是一件很琐碎的事，我们的纳米线的直径是英特尔制造的小型晶体管的两倍，” Matioli说。该团队已为其发明申请了多项专利。

随着更广泛地采用电动汽车，对在高压下能有效执行的芯片的需求将激增，因为更高效的芯片可直接转换成更长的距离。几家主要制造商已表示有兴趣与Matioli合作，以进一步开发该技术。