Изследователи от EPFL представиха нов клас високоефективни GaN транзистори

29.09.2026   |   Начало»Новини

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Изследователи от POWERlab в Швейцарския федерален технологичен институт в Лозана (EPFL) представиха нов клас GaN транзистори – миниатюрни, но способни да се справят с много високо напрежение при минимална загуба на енергия, като по този начин изпълняват ключово изискване на приложения като центрове за данни с изкуствен интелект, електромобили и фотоволтаични системи.

Модулът с размери на чип, изработен от слоеве галиев нитрид (GaN) върху евтина силициева основа, може да издържи на близо 4 kV преди да се повреди – рекордна стойност за този тип технология. Същевременно, той запазва ниското съпротивление, което помага да се намалят загубите на енергия, които иначе биха се отделили като топлина.

Комбинацията от високо напрежение и ниско съпротивление е от ключово значение за ефективното преобразуване на мощността в центрове за данни с изкуствен интелект и системи за възобновяема енергия. "Постигнахме това, като проучихме ефекта на естествената поляризация, която е уникална за GaN", обяснява ръководителят на POWERlab Елисън Матиоли. "Работата ни може да направи възможно създаването на здрава, ефективна и високоволтова силова електроника в много по-компактни габарити."

Благодарение на кристалната структура на галиевия нитрид, вътрешните електрически сили събират подвижните електрони в тънки слоеве с електрически заряд. В конвенционалните GaN транзистори тези слоеве са и ахилесова пета – когато модулът се изключи, отрицателните електрони биват изблъскани от пътя на тока, оставайки зад себе си положителен заряд без съответстващ отрицателен заряд. Този дисбаланс концентрира напрежението в една-единствена точка в модула, създавайки наситено електрическо поле, което може да предизвика срив.

Проучването на POWERlab показва как този дисбаланс може да се избегне. Изследователите проектират GaN слоевете на транзистора така, че по естествен път да се формира втори слой от позитивен заряд редом със слоя електрони, създавайки двойка от листове с положителен и отрицателен заряд. Внимателно определяйки дебелината на материала, екипът гарантира, че двата листа се балансират един друг в модула. В резултат, когато модулът се изключи, излишният заряд не се акумулира, позволявайки на напрежението да се разпръсне равномерно по дължината на транзистора, вместо да се натрупа по опасен начин.

Този балансиран дизайн позволява на транзистора на POWERlab да издържа на повече от пет пъти по-високо напрежение от наличните GaN силови компоненти, които се повреждат при около 600 - 650 V. "Нашият модул може да издържи високо напрежение в широк температурен диапазон, благодарение на което е подходящ за електромобили или индустриални захранващи системи, където електрониката трябва да работи надеждно при високи температури и електрическо натоварване", заяви Лука Мадзоне, докторант и съавтор на изследването.

Друго важно преимущество на подхода според колегата му Юан Дзонг е това, че елиминира нуждата от добавяне на химически вещества, необходими за управление на заряда в конвенционалните модули.

Ключови думи: EPFL   POWERlab   транзистори   GaN  

Област: Електроника