Teadlased demonstreerivad uusi, energiatõhusamaid seadmeid, mis kasutavad galliumnitriidi

teadlased-demonstreerivad-uusi,-energiatohusamaid-seadmeid,-mis-kasutavad-galliumnitriidi

Inseneriteadlased on loonud uusi suure võimsusega elektroonikaseadmeid, mis on energiatõhusamad kui varasemad tehnoloogiad. Seadmed on võimalikud tänu ainulaadsele tehnikale galliumnitriidi (GaN) kontrollitud dopingu tegemiseks.

“Paljud tehnoloogiad nõuavad võimsuse muundamist – kus toide on ümber lülitatud. ühest formaadist teise,” ütleb Dolar Khachariya, teose esimene autor ja endine doktorikraad. üliõpilane Põhja-Carolina osariigi ülikoolis. “Näiteks võib tehnoloogial olla vaja muuta vahelduvvoolu alalisvooluks või muuta elekter tööks – nagu elektrimootor. Ja mis tahes toitemuundamissüsteemis toimub suurem võimsuskadu toitelülitist, mis on aktiivne komponent elektriahel, mis loob võimsuse muundamise süsteemi.

“Tõhusama jõuelektroonika (nt toitelülitid) väljatöötamine vähendab muundamise käigus kaotatud võimsust,” ütleb Khachariya, kes on praegu teadur ettevõttes Adroit Materials Inc. “See on eriti oluline tehnoloogiate arendamiseks, mis toetavad säästvamat energiataristut, näiteks nutikaid võrke.”

“Meie töö siin ei tähenda ainult energiatarbimise vähendamist. jõuelektroonika kadu, kuid saame ka muuta võimsuse muundamise süsteemid tavapärase räni ja ränikarbiidi elektroonikaga võrreldes kompaktsemaks, ” ütleb Ramón Collazo, paberi kaasautor ja NC State’i materjaliteaduse ja inseneri dotsent. “Th võimaldab lisada need süsteemid tehnoloogiatesse, kus need praegu kaalu või suuruse piirangute tõttu ei sobi, näiteks autodesse, laevadesse, lennukitesse või nutivõrgus levitatavatesse tehnoloogiatesse.”

Aastal 2021 avaldatud artiklis kirjeldasid teadlased tehnikat, mis kasutab ioonide implanteerimist ja aktiveerimist GaN materjalide sihtpiirkondade dopinguks. Teisisõnu konstrueerisid nad lisandid GaN materjalide teatud piirkondadesse, et muuta valikuliselt GaN elektrilisi omadusi ainult nendes piirkondades.

Oma uues artiklis on teadlased näidanud, kuidas see tehnika suudab kasutada tegelike seadmete loomiseks. Täpsemalt kasutasid teadlased Junction Barrier Schottky (JBS) dioodide loomiseks valikuliselt legeeritud GaN materjale.

“Toitealaldeid, nagu JBS-dioode, kasutatakse lülititena igas elektrisüsteemis,” ütleb Collazo. . “Aga ajalooliselt on need valmistatud pooljuhtidest ränist või ränikarbiidist, kuna legeerimata GaN elektrilised omadused ei ühildu JBS-dioodide arhitektuuriga. See lihtsalt ei tööta.

” Oleme näidanud, et saate GaN-i valikuliselt dopeerida funktsionaalsete JBS-dioodide loomiseks ja et need dioodid ei ole mitte ainult funktsionaalsed, vaid võimaldavad ka energiasäästlikumat konversiooni kui tavalisi pooljuhte kasutavad JBS-dioodid. Näiteks tehnilises mõttes on meie GaN JBS-dioodil, mis on valmistatud natiivsel GaN-substraadil, rekordkõrge läbilöögipinge (17 V) ja rekordiliselt madal. -resistentsus.

“Teeme praegu koostööd tööstuspartneritega, et suurendada valikuliselt legeeritud GaN-i tootmist, ja otsime täiendavaid partnerlussuhteid, et tegeleda probleemidega, mis on seotud laialdasema tootmise ja võimsuse kasutuselevõtuga. seadmed, mis seda materjali kasutavad,” ütleb Collazo.

Paber “Vertical GaN Junction Barrier Schottky Diodes with Near-ideal Performance using Mg Implantation Activated by Ultra-High-Pressure annialing” avaldatakse ajakirjas Applied Physics Express. Artikli kaasautor oli NC osariigi elektri- ja arvutitehnika dotsent Spyridon Pavlidis; Shashwat Rathkanthiwar, NC osariigi järeldoktor; Shane Stein, Ph.D. üliõpilane NC osariigis; Hayden Breckenridge, endine Ph.D. üliõpilane NC osariigis; Erhard Kohn, NC osariigi teadur ja Ulmi ülikooli emeriitprofessor Saksamaal; Zlatko Sitar, Kobe Steel NC osariigi materjaliteaduse ja tehnika austatud professor ning ettevõtte Adroit Materials asutaja; Will Mecouch, Seiji Mita, Baxter Moody, Pramod Reddy, James Tweedie ja Ronny Kirste ettevõttest Adroit Materials; ja Kacper Sierakowski, Grzegorz Kamler ja Michał Boćkowski Poola Teaduste Akadeemia Kõrgsurvefüüsika Instituudist.

Tööd toetas peamiselt ARPA-E programmi PNDIODES osana, toetuste alusel DE-AR0000873, DE-AR17 . Töö sai täiendava toetuse National Science Foundationilt, toetuste ECCS-1916800, ECCS-1508191, ECCS- raames. , DMR-1508191 ja ECCS-1508191; Maailma mereväeuuringute büroo programmi Naval International Cooperative Opportunities in Science and Technology, grand N2004-2004 -1-2004; ja Poola riiklik uurimis- ja arenduskeskus (NCBR) toetuse TECHMATSTRATEG-III//1916800 raames -.

Related posts

Leave a Comment