提高GaN效率的新掺杂技术

美国研究人员使用选择性掺杂的GaN材料制造结势垒肖特基（JBS）二极管

北卡罗来纳州立大学（NCSU）的工程研究人员创造了新的高功率电子器件，比以前的技术更节能。通过以受控方式掺杂GaN的独特技术使这些器件成为可能。

在2021发表的一篇论文中，研究人员概述了一种使用离子注入和激活在GaN材料中局域掺杂的技术。换句话说，他们将杂质设计到GaN材料上的特定区域中，以仅在这些区域中选择性地修改GaN的电性能。

他们在《应用物理快报》（Applied Physics Express）上发表的新论文《使用超高气压退火激活的Mg注入实现接近理想性能的垂直GaN结势垒肖特基二极管》。研究人员已经演示了如何使用这种技术来创建实际器件。具体地说，研究人员使用选择性掺杂的GaN材料制造出结势垒肖特基（JBS）二极管。

“许多技术都需要功率转换——功率从一种形式转换到另一种形式”Dolar Khachariya说，他是这项工作论文的第一作者，也是北卡罗来纳州立大学的前博士生。“例如，该技术可能需要将AC转换为DC，或将电转换为功——就像电机一样。在任何功率转换系统中，大部分电力损失发生在电源开关处，电源开关是构成功率转换系统的电路的有源组件。

“我们在这里的工作不仅意味着我们可以减少功率电子器件中的能量损失，而且我们还可以使功率转换系统与传统硅和 功率器件相比更紧凑，”论文作者之一、NC州立大学材料科学与工程副教授Ramón Collazo说。“这使得可以将这些系统整合到由于重量或尺寸限制而目前不适合的技术中，例如汽车、船舶、飞机或分布在整个智能电网中的技术。”

“功率整流器，如JBS二极管，在每个功率系统中都用作开关，”Collazo说。“但从历史上看，它们是由半导体硅或SiC制成的，因为未掺杂GaN的电性能与JBS二极管的结构不兼容。这根本不起作用。

“我们已经证明，您可以选择性地掺杂GaN以创建功能性JBS二极管，并且这些二极管不仅具有功能性，而且比使用传统半导体的JBS二极管实现更高的功率效率转换。例如，在技术方面，我们的GaN JBS二极管在自支撑GaN衬底上制造，具有创纪录的高击穿电压（915 V）和创纪录的低导通电阻。

“我们目前正在与行业合作伙伴合作，以扩大选择性掺杂GaN的生产，并正在寻找更多的合作伙伴，以解决与更广泛地制造和采用这种材料的功率器件有关的问题，”Collazo说。

这项工作主要由ARPA-E作为其PNDIODES计划的一部分提供支持。这项工作得到了美国国家科学基金会、全球海军研究办公室的海军国际科技合作机会计划和波兰国家研究与发展中心（NCBR）的额外支持。

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