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EPFL推出新型纳米晶体管 可在高压下保持低温状态
盖世汽车网    2021-03-30 10:53

盖世汽车讯电源转换器很神奇,将电脑、台灯和电视插入其中后,我们立刻就可以将它们打开。转换器可以将壁式插座输出的交流电精确地转换成电子产品所需的直流电。但在这一过程中,平均会损耗高达20%的能量。

EPFL推出新型纳米晶体管 可在高压下保持低温状态

(图片来源:EPFL)

电源转换器通过功率晶体管工作,这是一种微型半导体组件,用于开关和承受高电压。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的工程师团队希望通过设计新颖的功率晶体管,提高转换器的效率。全新晶体管设计基于对高压应用中纳米级结构的反直觉应用,可以在转换过程中减少热量损耗,特别适合于电动汽车和太阳能电池板等大功率应用。

电力电子器件面临的最大挑战是转换器的热耗散问题,这是由高电阻等因素引起的。EPFL功率和宽带隙电子研究实验室(POWERlab)的负责人Elison Matioli表示:“我们每天都能看到断电的例子,比如你的笔记本电脑的充电器过热的时候。”在大功率应用中,这一问题更加严重。“半导体组件的标称电压越高,电阻就越大。”举例来说,电力损耗会缩短电动汽车的续航里程,并降低可再生能源系统的效率。

据外媒报道,该研究团队已开发出一种晶体管,可以大幅降低电阻,减少大功率系统产生的热量。具体地说,其电阻不到传统晶体管的一半,但可以支持1000V以上的电压。EPFL技术包含两项关键创新。

首先,在组件中建立几条导电通道,以便分配电流。这很像像在高速公路上增加新车道,使交通更顺畅,防止交通拥堵。研究人员Luca Nela表示:“我们的多通道设计可以分散电流,减少电阻和过热现象。”

第二项创新是使用由氮化镓(GaN)制成的纳米线,氮化镓是一种理想的电力应用半导体材料。纳米线已应用于低功耗芯片中,如智能手机和笔记本电脑,但尚未出现在高压应用中。POWERlab展示直径为15nm的纳米线,受益于独特的漏斗状结构,能够支持高电场和超过1000V的电压,而不会被击穿。

在这两项创新的基础上,可以使晶体管在大功率系统中提供更高的转换效率。Matioli表示:“我们使用倾斜纳米线来建造原型,其性能是文献中最好的GaN功率器件的两倍。”

目前,这一技术仍处于实验阶段,预计大规模投入生产问题不大。Matioli表示:“增加更多的通道不成问题,而且这种纳米线的直径是英特尔制造的小型晶体管的两倍。”该团队已为其发明申请了若干专利。

随着电动汽车越来越受欢迎,对能在高压下高效运行的芯片的需求将会激增,因为这将转化为更长的续航里程。目前,已有若干家主要制造商表示有意与Matioli合作,进一步开发这项技术。

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责任编辑: 3976DBC

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