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解析亿博娱乐平台氧化镓技术的泛起

2018-11-06来源: 亿博娱乐平台行业视察 要害字:氧化镓

亿博娱乐平台世界可能会有一个新的加入者,它以氧化镓技术的形式泛起。凭据布法罗大学(UB)工程与应用科学学院电气工程副教授Uttam Singisetti博士的说法,这种质料可以在改善电动汽车、太阳能和其他形式的可再生能源方面发挥要害作用,他说,“我们需要具有更强大和更高效的功率处置惩罚能力的电子元件。氧化镓开辟了我们用现有亿博娱乐平台无法实现的新可能性。”


电子工业正在尽可能地将硅最大化应用,但其究竟照旧有局限的,这就是为什么研究人员正在探索其它质料,如碳化硅,氮化镓和氧化镓。虽然氧化镓的导热性能较差,但其带隙(约4.8电子伏特或eV)凌驾碳化硅(约3.4eV),氮化镓(约3.3eV)和硅(1.1eV)的带隙。


带隙可权衡使电子进入导通状态所需的能量。接纳高带隙质料制成的系统可以比由带隙较低的质料组成的系统更薄、更轻,而且处置惩罚更多的功率。此外,高带隙允许在更高的温度下操作这些系统,从而淘汰对庞大的冷却系统的需求。


5μm的Ga 2 0 3 MOSFET


Singisetti教授和他的学生(Ke Zang和Abhishek Vaidya)制造了一个由5微米的、由氧化镓制成的金属氧化物亿博娱乐平台场效应晶体管(MOSFET),而一张纸的厚度约为100微米。


研究人员体现,该晶体管的击穿电压为1,850 V,比氧化镓亿博娱乐平台的纪录增加了一倍多。击穿电压是将质料(在这种情况下为氧化镓)从绝缘体转换为导体所需的电量。击穿电压越高,器件可以处置惩罚的功率越高。


Singisetti体现,由于晶体管的尺寸相对较大,因此不适合智能手机和其他小型设备。但它可能有助于调治大规模运营中的能量流,例如收获太阳能和风能的发电厂,以及电动汽车、火车和飞机等。


“我们通过增加更多的硅来提高晶体管的功率处置惩罚能力。不幸的是,这会增加更多的重量,从而降低这些设备的效率,“Singisetti说。“氧化镓可以让我们在使用更少的质料时到达并最终凌驾硅基器件。这可催生出更轻、更省油的电动汽车。”


然而,要实现这一目标,必须解决一些挑战,他说。特别是,必须设计基于氧化镓的系统以克服质料的低导热性。


该研究获得了美国国家科学基金会,纽约州立大学质料与先进制造卓越网络以及布法罗大学情况与水资源研究与教育研究所(RENEW)的支持。


更多的氧化镓研究


其他研究人员也正在研究氧化镓。在AIP出书社发表在应用物理快报上的一篇文章中,作者Higashiwaki和Jessen概述了使用氧化镓生产微电子的案例。作者专注于场效应晶体管(FET),这些器件可以从氧化镓的大临界电场强度中获益。Jessen所说的质量可以实现具有更小几何结构的FET的设计以及可以破坏任何其他FET质料的侵蚀性掺杂漫衍。 


“微电子世界最大的缺点之一就是充实利用电源:设计人员总是希望淘汰过多的电力消耗和不须要的热量发生,”空军研究实验室的首席亿博娱乐登陆师Gregg Jessen说。“通常,您可以通过缩小设备来实现此目的。但是,目前使用的技术已经接近其许多应用所需的事情电压极限。它们受到了临界电场强度的限制。”


该质料在种种应用中的灵活性源于其广泛的可能导电性 - 由于其电场强度,从高导电性到很是绝缘性和高击穿电压能力。因此,氧化镓可以到达极端水平。大面积的氧化镓晶圆也可以从熔体中生长,从而降低了制造成本。 


“下一个氧化镓应用将是电源的单极FET,”Jessen说。“临界场强是这里的要害指标,它具有卓越的能量密度能力。氧化镓的临界场强是硅的20倍以上,是碳化硅和氮化镓的两倍多。”


作者讨论了Ga 2 O 3晶片的制造要领,控制电子密度的能力以及空穴传输的挑战。他们的研究讲明,单极Ga 2 O 3器件将占主导职位。他们的论文还详细介绍了差异类型FET中的Ga 2 O 3应用,以及该质料如何在高压、高功率和功率开关应用中使用。 


“从研究的角度来看,氧化镓真的令人兴奋,”Jessen说。“我们刚刚开始了解这些设备在多种应用中的全部潜力,现在是加入该领域的好时机。” 


第一个氧化镓MOSFET


FLOSFIA在日本首次乐成地证明了使用氧化锌实现常关MOSFET 的可能性 。这是一项具有开创性的事情,因为生产常关MOSFET一直被认为极具挑战性。FLOSFIA计划制造刚玉(corundum,一种晶体结构)α-Ga 2 O 3功率器件,GaO 系列,从TO-220中的肖特基势垒二极管(SBD)开始,然后是MOSFET。


图1:常关Ga 2 O 3 MOSFET的I-V曲线


常关MOSFET 的第一个α-Ga 2 O 3 (见图1 )由N +源/漏极层,p型阱层,栅极绝缘体和电极组成(见图2 和图 3 )。从I-V曲线外推的栅极阈值电压为7.9V。该器件由新型p型刚玉亿博娱乐平台制成,其起到反型层的作用。没有理论研究预测p型质料与n型Ga 2 O 3相容,直到该团队在2016年发现p型Ir 2 O3,它被认为是很是难以实现的常关MOSFET。


图2:器件的横截面示意图


图3:常关Ga 2 O 3 MOSFET的光学显微照片


FLOSFIA总部位于日本京都,是京都大学研究的副产物,专门从事雾化学气相沉积(CVD)成膜。利用氧化镓(Ga 2 O 3)的物理特性,FLOSFIA致力于开发低损耗功率器件。该公司乐成开发了一种SBD,其具有目前可用的任何类型的最低特定导通电阻,实现与降低功率相关的技术,比以前淘汰了90%。FLOSFIA现在将开发自己的生产线,着眼于2018年开始商业化生产,其生产种种薄膜、增强MISTDRY技术,实现功率器件的商业化,并实现其技术应用于电极质料、具有功效特性的氧化物电子器件,电镀和聚合物。


综上,氧化镓是一种新兴的功率亿博娱乐平台质料,其带隙大于硅,氮化镓和碳化硅,但在成为电力电子产物的主要加入者之前,仍需要开展更多的研发和推进事情。


要害字:氧化镓

编辑:muyan 引用地址:/manufacture/2018/ic-news110627161.html
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