В будущем такие компоненты могут быть использованы, например, в электромобилях или в системах питания для дата-центров
30 августа 2026, 20:55Наука и космосDexter0
Исследователи Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) создали новую архитектуру силовых устройств на основе нитрида галлия (GaN), которая способна выдерживать напряжение свыше 3,4 кВ. Эта технология может значительно расширить возможности применения GaN — от электромобилей и промышленной электроники до солнечной энергетики и систем питания для ИИ-дата-центров.
В настоящее время нитрид галлия активно применяется в компактных и высокоэффективных преобразователях энергии благодаря своей способности работать на высоких частотах. Однако при напряжениях в несколько киловольт возникает проблема: электрическое поле распределяется неравномерно, что приводит к пробою транзистора.
В EPFL решили отказаться от традиционного легирования материала и вместо этого использовали собственную поляризацию кристаллической структуры GaN. Внутри устройства ученые создали два сверхтонких проводящих слоя — двумерный электронный газ (2DEG) и двумерный дырочный газ (2DHG), практически идеально сбалансировав количество положительных и отрицательных носителей заряда.
Концентрация электронов составила около 1,03 × 10¹³ на квадратный сантиметр, а дырок — 1,05 × 10¹³. Разница оказалась менее 2%, что позволяет зарядом не сосредотачиваться в одной области, а электрическое поле распределяться гораздо равномернее.
Экспериментальные диоды Шоттки выдержали более 3,9 кВ при удельном сопротивлении всего 4,7 мОм·см². Для сравнения, контрольное устройство с нарушенным балансом зарядов выходило из строя уже при напряжении менее 1 кВ.
Транзисторы на той же архитектуре продемонстрировали напряжение пробоя 3,4-3,5 кВ. По оценкам исследователей, достигнутое напряжение пробоя более чем в пять раз превышает показатели многих коммерческих силовых GaN-компонентов.
Разработка сохраняет стабильность и при высоких температурах. Диоды выдерживали свыше 3,3 кВ при нагреве до 125 °C.
Еще одной важной характеристикой является то, что устройства изготовлены на сравнительно недорогой кремниевой подложке. Ученые полагают, что именно кремний в настоящее время ограничивает максимальное напряжение пробоя, поэтому переход на другой материал может потенциально улучшить этот показатель.
Пока технология остается на уровне лабораторных исследований. Следующим шагом станет интеграция новой высоковольтной архитектуры с ранее разработанными многоканальными структурами GaN, чтобы одновременно увеличить допустимое напряжение, снизить сопротивление и уменьшить тепловые потери.
Источники:Interestin EngeneeringНаука и космос0Наука33 минуты назад
Источник