Скоростта на GaN и мощността на SiC: експериментален супертранзистор обещава да направи революция в зарядните устройства

Иновативният подход ефективно съчетава несъвместими досега материали.

Инженери от Хонконгския университет за наука и технологии, в сътрудничество с три други китайски изследователски института, са разработили нов тип транзистор, базиран на два съвременни полупроводникови материала – галиев нитрид (GaN) и силициев карбид (SiC). Това хибридно устройство, наречено HyFET (Hybrid Field-Effect Transistor – хибриден полеви транзистор), съчетава най-добрите свойства на GaN и SiC, като свежда до минимум техните недостатъци.

Преди това галиевият нитрид и силициевият карбид вече бяха намерили широко приложение в силовата електроника поради наличието на редица предимства пред традиционния силиций. Те са широко използвани например в зарядните устройства за електрически автомобили и електронни устройства. Всеки от тези материали обаче има определени недостатъци, които намаляват ефективността на устройствата.

По-конкретно, подвижността на електроните в канала на SiC-транзисторите е ниска, което ограничава тяхната ефективност. А GaN се характеризира с явлението „динамично съпротивление в отворено състояние“, когато това съпротивление зависи от приложеното напрежение.

Хибридният транзистор HyFET позволява да се използват най-добрите качества на двата материала. В това устройство високоподвижните електрони в GaN транзистора контролират работата на мощния SiC транзистор. Това дава възможност да се постигнат високи честоти на превключване (благодарение на GaN), като същевременно се запазва способността да се работи с напрежения от порядъка на 600 V (благодарение на SiC).

Според Дебдип Джена, професор в университета Корнел, „работата има голям потенциал и заслужава внимание“. Някои други експерти в областта на силовата електроника обаче са по-резервирани, като отбелязват, че хибридната технология значително увеличава сложността и цената на производството, тъй като изисква комбинирането на два различни процеса за производство на полупроводници в рамките на една фабрика.

Освен това с развитието на технологията GaN нейната производителност може да се подобри толкова много, че подобни хибридни решения вече да не са необходими. Според Умеш Мишра, професор в Калифорнийския университет, повечето от предимствата на HyFET могат да бъдат получени по по-евтин начин – просто чрез опаковане на GaN и SiC транзистори в един пакет. Но при този подход има значителен недостатък – тези техники за съвместно опаковане демонстрират паразитна индуктивност и не са толкова ефективни като новия HyFET транзистпр

Въпреки това създаването на първия в света хибриден транзистор HyFET със сигурност е впечатляващо техническо постижение. Устройството вече демонстрира очевидни предимства пред своите аналози, а по-нататъшното усъвършенстване на технологията само ще подобри характеристиките на транзистора и ще го направи практически приложим в областта на силовата електроника. С течение на времето се очаква технологията да поевтинее и да започне нейното масово използване.