工程研究人员创造了比以前的技术更节能的新型大功率电子设备。这些器件是通过一种以可控方式“掺杂”氮化镓(GaN)的独特技术实现的。

“许多技术都需要电力转换——电力从一种格式切换到另一种格式，”关于这项工作的论文的第一作者、前博士DolarKhachariya说。北卡罗来纳州立大学的学生。“例如，该技术可能需要将交流电转换为直流电，或者将电能转换成功——就像电动机一样。在任何电力转换系统中，大部分电力损耗都发生在电源开关上——它是电气设备的有源组件。制作电源转换系统的电路。”

“开发更高效的电力电子设备(如电源开关)可减少转换过程中的电力损失，”现任AdroitMaterialsInc.研究员的Khachariya说，“这对于开发支持更可持续电力的技术尤为重要基础设施，例如智能电网。”

“我们在这里的工作不仅意味着我们可以减少电力电子设备的能量损失，而且与传统的硅和碳化硅电子设备相比，我们还可以使电力转换系统更紧凑，”该论文的合著者RamónCollazo说。北卡罗来纳州立大学材料科学与工程系副教授。“这使得将这些系统整合到目前由于重量或尺寸限制而无法适应的技术中成为可能，例如汽车、轮船、飞机或分布在整个智能电网中的技术。”

在2021年发表在《应用物理快报》上的一篇论文中，研究人员概述了一种使用离子注入和激活在GaN材料中掺杂目标区域的技术。换句话说，他们将杂质设计到GaN材料的特定区域中，以选择性地仅在这些区域中修改GaN的电性能。

在他们的新论文中，研究人员展示了如何使用这种技术来制造实际设备。具体来说，研究人员使用选择性掺杂的GaN材料来制造结势垒肖特基(JBS)二极管。

“功率整流器，例如JBS二极管，被用作每个电力系统中的开关，”Collazo说。“但从历史上看，它们是由半导体硅或碳化硅制成的，因为未掺杂GaN的电气特性与JBS二极管的架构不兼容。它就是行不通。”

“我们已经证明，您可以选择性地掺杂GaN来制造功能性JBS二极管，并且这些二极管不仅具有功能性，而且比使用传统半导体的JBS二极管能够实现更节能的转换。例如，在技术方面，我们的GaNJBS在原生GaN衬底上制造的二极管具有创纪录的高击穿电压(915V)和创纪录的低导通电阻。”

“我们目前正在与行业合作伙伴合作，以扩大选择性掺杂GaN的生产，并正在寻找更多的合作伙伴来解决与更广泛地制造和采用使用这种材料的功率器件相关的问题，”Collazo说。

论文“使用超高压退火激活的Mg注入实现近乎理想性能的垂直GaN结势垒肖特基二极管”发表在AppliedPhysicsExpress杂志上。