محققان با استفاده از نیترید گالیم، دستگاه‌های جدید و کم‌مصرف‌تری را ارایه می‌دهند

6 سپتامبر 2022- توسط مت شیپمن، دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی

اعتبار: Applied Physics Express (2022). DOI: 10.35848/1882-0786/ac8f81

محققان مهندسی دستگاه‌های الکترونیکی جدید با قدرت بالا ساخته‌اند که نسبت به فناوری‌های قبلی کارآمدتر  از نظرانرژی هستند. این دستگاه ها با یک تکنیک منحصر به فرد برای “دوپینگ” نیترید گالیوم (GaN) به روشی کنترل شده امکان پذیر شده اند.

Dolar Khachariya، نویسنده اول مقاله در مورد این کار ، می گوید: «بسیاری از فناوری ها نیاز به تبدیل توان دارند – جایی که قدرت از یک قالب به فرمت دیگر تغییر می کند. به عنوان مثال، این فناوری ممکن است نیاز به تبدیل AC به DC یا تبدیل الکتریسیته به کار داشته باشد – مانند یک موتور الکتریکی. مداری که سیستم تبدیل توان را ایجاد می کند.”

خاچاریا که اکنون محققی در شرکت Adroit Materials است، می گوید: «توسعه وسایل الکترونیکی قدرت کارآمدتر مانند سوئیچ های برق، میزان برق از دست رفته زیرساخت‌ها مانند شبکه‌های هوشمند در طول فرآیند تبدیل را کاهش می دهد..

رامون کولازو، یکی از نویسندگان مقاله دانشیار علوم و مهندسی مواد در ایالت NC. می گوید: “کار ما در اینجا نه تنها به این معنی است که می توانیم اتلاف انرژی در الکترونیک قدرت را کاهش دهیم، بلکه می توانیم سیستم های تبدیل نیرو را در مقایسه با الکترونیک معمولی سیلیکون و کاربید سیلیکون فشرده تر کنیم.” این امر امکان ادغام این سیستم‌ها را در فناوری‌هایی فراهم می‌کند که در حال حاضر به دلیل محدودیت‌های وزن یا اندازه مناسب نیستند، مانند خودروها، کشتی‌ها، هواپیماها یا فناوری‌های توزیع شده در سراسر یک شبکه هوشمند.»

در مقاله ای که در سال 2021 در Applied Physics Letters منتشر شد، محققان تکنیکی را بیان کردند که از کاشت و فعال سازی یون برای دوپ کردن مناطق هدف در مواد GaN استفاده می کند. به عبارت دیگر، آنها ناخالصی ها را در مناطق خاصی روی مواد GaN مهندسی کردند تا به طور انتخابی خواص الکتریکی GaN را فقط در آن مناطق تغییر دهند.

در مقاله جدید خود، محققان نشان داده‌اند که چگونه می‌توان از این تکنیک برای ایجاد دستگاه‌های واقعی استفاده کرد. به طور خاص، محققان از مواد GaN دوپ شده انتخابی برای ایجاد دیودهای Junction Barrier Schottky (JBS) استفاده کردند.

کولازو می گوید: «یکسو کننده های برق، مانند دیودهای JBS، به عنوان کلید در هر سیستم قدرت استفاده می شوند. “اما از نظر تاریخی آنها از نیمه هادی های سیلیکون یا کاربید سیلیکون ساخته شده اند، زیرا خواص الکتریکی GaN بدون دوشاخه با معماری دیودهای JBS سازگار نیست. این کار نمی کند.”

ما نشان داده‌ایم که می‌توانید به‌طور انتخابی GaN را برای ایجاد دیودهای JBS کاربردی دوپ کنید، و این دیودها نه تنها کاربردی هستند، بلکه تبدیل کارآمدتری نسبت به دیودهای JBS که از نیمه‌هادی‌های معمولی استفاده می‌کنند را ممکن می‌سازند. به عنوان مثال، از نظر فنی، GaN JBS ما دیود، ساخته شده بر روی یک بستر GaN بومی، دارای ولتاژ شکست بالا (915 ولت) و مقاومت کم رکوردی است.”

کولازو می‌گوید: «ما در حال حاضر با شرکای صنعتی برای افزایش تولید GaN دوپینگ انتخابی کار می‌کنیم و به دنبال مشارکت‌های بیشتری برای کار بر روی مسائل مربوط به تولید گسترده‌تر و استفاده از دستگاه‌های قدرتی هستیم که از این ماده استفاده می‌کنند.

مقاله “دیودهای شاتکی مانع اتصال عمودی GaN با عملکرد تقریبا ایده آل با استفاده از کاشت منیزیم فعال شده توسط آنیلینگ فوق العاده با فشار بالا” در مجله Applied Physics Express منتشر شده است.