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氧化镓的未来 研究人员宣布推出新型晶体管以增强电动汽车电池

来源:本站原创 发表日期:2020-05-28

布法罗大学的研究人员,研发了一种制作电动汽车电池的氧化镓晶体管。该晶体管由新兴的半导体氧化镓制成。

氧化镓晶体管端子上的探针
注:氧化镓晶体管端子上的探针

什么是氧化镓

氧化镓(Ga2O3)作为一种新的半导体材料非常引人注目。主要原因是其带隙高。带隙是对轨道电子必须吸收多少能量,才能“逃逸”其原子并从狭窄的价带跃迁到导带的量度,这类似于航天器逃离地球轨道。在导带中,“解放”的电子自由导电,对于氧化镓,该带隙为4.8伏特,而硅的带隙为1.1电子伏特。其他竞争性半导体(例如氮化镓和碳化硅)在3.3和3.4电子时的带隙也略低。与具有较低带隙的半导体制造的器件相比,由氧化镓设计的半导体具有更高的带隙,可以处理更多的功率,并占用更少的空间。

氧化镓的晶体结构图
注:氧化镓的晶体结构图

它们还可以忍受更高的温度。这是控制半导体功率的最大问题之一。设备内部的功率浪费。从而产生麻烦的热量。基于硅的设备的另一个实际问题是,在“按比例放大”此类设备时,实际的限制正在迅速达到可能的限制。氧化镓则不然,因为它具有出色的电场强度,氧化镓可以使场效应,具有更小的几何形状和侵蚀性,从而会破坏任何其他场效应材料。

氧化镓场效应晶体管

利用氧化镓的特性开发了击穿电压为1850伏的效应晶体管,是该技术先前最佳性能的两倍以上。这是很重要的,因为更高的带隙意味着与以前的设备相比,这种设备在相同的尺寸和重量下可以处理更多的功率。

1850伏的效应晶体管
注:1850伏的效应晶体管

它更适合于高功率应用,例如发电厂和各种机动车辆。通过添加更多的硅来提高晶体管的功率处理能力。氧化镓可能使我们能够使用更少的材料达到甚至超过硅基器件。这可能导致更轻,更省油的电动汽车。”

氧化镓半导体的应用

如今,硅已成为半导体设备的首选材料,这已不是什么秘密。但是,人们越来越多地要求半导体来担当新的角色,毫无疑问,当今工程师面临的最大挑战之一是制造可处理更多功率的组件,而又不会对空间和重量提出带隙要求。这在汽车领域尤其如此,因为尽管电动汽车在地面上仍然很薄,但现代汽车和卡车越来越受到电子控制。

通过氧化镓制造的电子元器件,空间更小,重量更轻。密切关注这一领域的研究,以寻求更多的半导体进步。

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