NCSU 연구원들은 엄청난 영향을 미치는 새로운 고전력 전자 장치를 만듭니다.

공학 연구자들은 이전 기술보다 에너지 효율적인 새로운 고전력 전자 장치를 만들었습니다. 장치는 다음을 통해 가능해졌습니다. 질화갈륨을 "도핑"하는 독특한 기술 (GaN)을 제어된 방식으로 수행합니다.

"많은 기술에는 전력 변환이 필요합니다. 즉, 전력이 한 형식에서 다른 형식으로 전환되는 것입니다."라고 해당 연구의 제1저자이자 박사 학위를 취득한 Dolar Khachariya는 말합니다. 노스캐롤라이나 주립대학교 학생. “예를 들어 기술은 AC를 DC로 변환하거나 전기 모터처럼 전기를 작업으로 변환해야 할 수도 있습니다. 그리고 모든 전력 변환 시스템에서 대부분의 전력 손실은 전력 변환 시스템을 구성하는 전기 회로의 활성 구성 요소인 전원 스위치에서 발생합니다.

현재 Adroit Materials Inc.의 연구원인 Khachariya는 "전원 스위치와 같은 보다 효율적인 전력 전자 장치를 개발하면 변환 과정에서 손실되는 전력의 양을 줄일 수 있습니다."라고 말합니다. "이는 더욱 지속 가능한 전력을 지원하는 기술을 개발하는 데 특히 중요합니다. 스마트그리드 등 인프라 구축”

전력 변환은 대중교통과 같은 첨단 기술 분야에 영향을 미칩니다.

"여기서 우리의 작업은 전력 전자 장치의 에너지 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기존 실리콘 및 실리콘 카바이드 전자 장치에 비해 전력 변환 시스템을 더 소형으로 만들 수 있다는 것을 의미합니다."라고 논문의 공동 저자인 Ramón Collazo는 말합니다. NC State의 재료 과학 및 공학 부교수입니다. "이를 통해 자동차, 선박, 비행기 또는 스마트 그리드 전체에 분산된 기술과 같이 무게나 크기 제한으로 인해 현재 적합하지 않은 기술에 이러한 시스템을 통합하는 것이 가능해졌습니다."

안에 2021년에 출판된 논문, 연구원들은 GaN 재료의 타겟 영역을 도핑하기 위해 이온 주입 및 활성화를 사용하는 기술을 설명했습니다. 즉, GaN 재료의 특정 영역에 불순물을 가공하여 해당 영역에서만 GaN의 전기적 특성을 선택적으로 수정했습니다.

작동 방식은 다음과 같습니다.

새로운 논문에서 연구원들은 이 기술을 사용하여 실제 장치를 만드는 방법을 보여주었습니다. 특히, 연구원들은 JBS(Junction Barrier Schottky) 다이오드를 생성하기 위해 선택적으로 도핑된 GaN 재료를 사용했습니다.

Collazo는 “JBS 다이오드와 같은 전력 정류기는 모든 전력 시스템에서 스위치로 사용됩니다. “그러나 역사적으로 그들은 도핑되지 않은 GaN의 전기적 특성이 JBS 다이오드의 아키텍처와 호환되지 않기 때문에 반도체 실리콘 또는 실리콘 카바이드로 만들어졌습니다. 그것은 단지 작동하지 않습니다.

“우리는 기능성 JBS 다이오드를 생성하기 위해 GaN을 선택적으로 도핑할 수 있으며 이러한 다이오드가 기능적일 뿐만 아니라 기존 반도체를 사용하는 JBS 다이오드보다 더 전력 효율적인 변환을 가능하게 한다는 것을 입증했습니다. 예를 들어, 기술적인 측면에서 기본 GaN 기판에 제작된 GaN JBS 다이오드는 기록적인 높은 항복 전압(915V)과 기록적인 낮은 온 저항을 제공합니다.

Collazo는 “우리는 현재 선택적으로 도핑된 GaN의 생산을 확대하기 위해 업계 파트너와 협력하고 있으며, 이 재료를 사용하는 전력 장치의 보다 광범위한 제조 및 채택과 관련된 문제를 해결하기 위해 추가 파트너십을 찾고 있습니다.”라고 말했습니다.

연구에 대한 추가 정보

종이, "초고압 어닐링으로 활성화된 Mg 주입을 사용하여 거의 이상적인 성능을 제공하는 수직 GaN 접합 장벽 쇼트키 다이오드,”는 Applied Physics Express 저널에 게재되었습니다. 이 논문은 NC State의 전기 및 컴퓨터 공학 조교수인 Spyridon Pavlidis가 공동 집필했습니다. NC State의 박사후 연구원인 Shashwat Rathkanthiwar; 셰인 스타인(Shane Stein) 박사 NC 주립대학교 학생; Hayden Breckenridge, 전 박사. NC 주립대학교 학생; NC State의 연구원이자 독일 Ulm University의 명예 교수인 Erhard Kohn; Zlatko Sitar, NC State 재료 과학 및 엔지니어링 고베 철강 석좌 교수이자 Adroit Materials의 창립자; Adroit Materials의 Will Mecouch, Seiji Mita, Baxter Moody, Pramod Reddy, James Tweedie 및 Ronny Kirste; 폴란드 과학 아카데미 고압 물리학 연구소의 Kacper Sierakowski, Grzegorz Kamler 및 Michał Boćkowski.

이 작업은 DE-AR0000873, DE-AR000149 보조금에 따라 PNDIODES 프로그램의 일부로 ARPA-E에 의해 주로 지원되었습니다. 이 작업은 ECCS-1916800, ECCS-1508854, ECCS-1610992, DMR-1508191 및 ECCS-1653383 보조금에 따라 국립과학재단(National Science Foundation)으로부터 추가 지원을 받았습니다. 보조금 N62909-17-1-2004에 따라 Office of Naval Research Global의 과학 기술 분야 해군 국제 협력 기회 프로그램; TECHMATSTRATEG-III/0003/2019-00 보조금을 받아 폴란드 국립 연구 개발 센터(NCBR)에 등록되었습니다.

©노스캐롤라이나 주립대학교

원본 기사 출처: WRAL TechWire