GaN/SiC複合型電晶體的世界首次動作實證,並解決了過電壓脆弱性

 

刊登日期:2022/1/19
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日本產業技術總合研究所(AIST)發表開發了一項世界第一款複合型電晶體,係以使用寬能隙半導體–氮化鎵(GaN)的高電子遷移率電晶體以及使用碳化矽(SiC)之PN二極體,將其一體化製成單塊元件(Monolithic),並成功地實現動作實證。試作出的複合型電晶體同時具備氮化鎵的低離子電阻特徵與碳化矽二極體的非破壞崩潰(Breakdown),今後複合型電晶體可望應用於要求高可靠性的電動車與太陽能發電用功率調節器等用途。

目前功率電晶體主流之矽(Si)電晶體的性能幾乎已達到材料的極限,因此使用氮化鎵、碳化矽等寬能隙半導體的功率電晶體研發不斷在推展中。然而氮化鎵雖具有低離子電阻等優點,但在迴路異常動作時做為雜訊(Noise)能量吸收源的作用則較弱。而碳化矽在元件構造上由於不存在內接二極體(Body Diode),雜訊無處可去,僅些微雜訊就能輕易破壞元件。

因此產總研的研究團隊即將碳化矽二極體與氮化鎵電晶體予以集成化,成功地製作出氮化鎵/碳化矽的複合型電晶體。經過崩潰特性評估後,確認除了維持氮化鎵的低離子電阻的特徵之外,同時也因為碳化矽而獲得非破壞的突崩潰(Avalanche Breakdown)。由於碳化矽的熱傳導率為矽的3倍,因此也獲得了優異的散熱特性。今後,研究團隊計劃在實際的轉換器展開大面積設備(額定值10 A以上)的操作實證。此次開發的元件技術可望促進次世代電力轉換器的高效率化,並提升其可靠性。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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