Технология, применяющаяся внутри зарядных устройств для телефонов, скоро может найти применение в электромобилях и центрах обработки данных для работы ИИ. Специалисты из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) нашли способ заставить используемый там нитрид галлия (GaN) выдерживать напряжение свыше 3400 В.
Исследователям не потребовалось добавлять никаких дополнительных химических веществ для управления зарядом. Вместо этого они спроектировали слои GaN таким образом, чтобы они создавали совпадающие слои положительного и отрицательного заряда. Электричество перестаёт накапливаться в одном месте при выключении транзистора, и электрическое поле распределяется более равномерно.
Способность выдерживать повышенное напряжение даёт возможность создавать более компактную и эффективную силовую электронику. Она может найти применение в электромобилях, системах возобновляемой энергии и дата-центрах.
Изображение: jiefeng jiang / Getty Images
При таком подходе исчезает необходимость в преднамеренном легировании для создания балансирующего заряда. Обеспечивающие балансировку заряда легированные структуры могут вести себя нежелательным образом при изменении температуры.
Идею успешно проверили на устройствах со слоями GaN на относительно недорогой кремниевой подложке. Учёные показали диоды Шоттки с напряжением пробоя выше 3900 В при сохранении удельного сопротивления в открытом состоянии всего 4,7 мОм·см². Версии с транзисторами выдерживали напряжение 3,5 кВ в нормально открытом состоянии и 3,4 кВ в нормально выключенном состоянии. Характеристики сохранялись даже при нагревании. В частности, диоды поддерживали напряжение пробоя выше 3300 В при температурах до 125 °C.
Пока речь идёт о лабораторных демонстрациях, в которых подложка является ограничивающим фактором. Использование других подложек потенциально даст возможность получать ещё более высокое напряжение. Кроме того, были разработаны многоканальные GaN-устройства. В них ток распределяется по нескольким проводящим путям, в результате чего уменьшается сопротивление и нагрев.
