Forscher der EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) in der Schweiz haben einen neuen Galliumnitrid (GaN)-Transistor mit einer Durchbruchspannung von nahezu 4.000 Volt - entwickelt, mehr als dem Fünffachen der aktuellen kommerziellen GaN-Leistungsgeräte, die typischerweise bei 600–650 V arbeiten. Das Gerät behält außerdem einen niedrigen -Widerstand bei. Die Ergebnisse wurden in der neuesten Ausgabe von veröffentlichtNaturelektronik.
Um die Hochspannungsbeschränkung zu überwinden, entwickelte das Team einen neuartigen GaN-Transistor, der als „intrinsischer Polarisations-Superjunction“ bezeichnet wird. Das Gerät besteht aus mehreren Schichten GaN-Material auf einem kostengünstigen Siliziumsubstrat. Durch die Nutzung der inhärenten Polarisationseigenschaften von GaN bildet sich neben der Elektronenschicht auf natürliche Weise eine Schicht positiver Ladung. Durch die Abstimmung der Dicke der Materialschichten erreichten die Forscher ein Gleichgewicht zwischen positiven und negativen Ladungen. Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, wird die Spannung dadurch gleichmäßiger über das Gerät verteilt und konzentriert sich nicht an einem einzigen Punkt -, wodurch das Risiko eines Durchschlags durch lokalisierte hohe elektrische Felder erheblich verringert wird.
Tests zeigen, dass der neue Transistor fast 4.000 Volt aushält und dabei einen niedrigen Einschaltwiderstand beibehält, was dazu beiträgt, Energieverluste und Wärmeentwicklung bei der Stromumwandlung zu reduzieren. Darüber hinaus erfordert das Gerät keine herkömmliche chemische Dotierung zur Ladungskontrolle, ein Design, das die Stabilität unter Bedingungen hoher-Temperatur und hoher-elektrischer-Belastung verbessern soll.
Es wird erwartet, dass dieser Durchbruch bedeutende Anwendungen in der Hochspannungs-Leistungselektronik haben wird, darunter KI-Rechenzentren, Systeme für erneuerbare Energien und Elektrofahrzeuge.