研究人员将用金刚石和BN制造功率芯片

亚利桑那州立大学团队正在与Northrop Grumman Mission Systems合作，以制造更高效的功率晶体管

亚利桑那州立大学电气工程教授Trevor Thornton正在与华硕（ASU）和Northrop Grumman的一个跨学科团队合作，研究金刚石和氮化硼（BN）在功率晶体管中的应用。

Thornton的团队包括材料科学与工程教授Terry Alford、电气工程教授Stephen Goodnick和Regents物理学教授Robert Nemanich，他们正在通过华硕的先进材料、工艺和能源设备科学技术中心（AMPED STC）进行研究。AMPED的目标是与行业合作伙伴开发材料和技术，以支持亚利桑那州新经济倡议的使命。

新经济倡议旨在提高亚利桑那州在发展先进技术方面的竞争力。AMPED专门致力于开发用于电池、太阳能发电和电力电子设备制造的技术和材料，当电力通过传输通道时，这些技术和材料将电力转换为所需的形式。

虽然金刚石是研究团队选择的晶体管主体材料，但他们正在研究BN用于晶体管的电触点。与金刚石一样，BN具有高击穿场和高导热性。

研究团队预计，通过结合他们对金刚石和氮化硼如何作为晶体管材料的知识，他们可以用这两种材料制造晶体管。团队的希望是，这些材料相互补充，一起工作甚至比单独工作更好。

Goodnick说：“像金刚石和氮化硼这样的超宽带隙半导体材料有望使用更小的功率和更小的组件实现更高效的能量转换。这改善了未来的能源网络，对正在向可再生能源和交通部门电气化转型至关重要。”

更好的散热

这项研究具有对通信技术特别有用的应用。许多卫星依靠太阳能发电，这需要晶体管将电力转换成卫星可以使用的形式。

Thornton说：“你不能把变电站发射到太空。卫星尺寸和重量的任何改进都会产生巨大影响。”

晶体管可以改进的另一种通信技术更接近家庭：手机塔。晶体管将功率转换为产生手机使用的无线电波所需的适当形式。

Thornton表示，在设计和运营手机塔时面临的最大挑战之一是保持其凉爽。在凤凰城这样的炎热环境中尤其如此。由于其散热性能的改善，Thornton的团队预计由金刚石和BN制成的晶体管将大大降低电池塔所需的冷却功率。这使得防止电池塔过热的任务更加容易。

虽然Northrop Grumman Mission Systems 的项目侧重于通信技术，但由金刚石和BN制成的晶体管也可用于电力系统和电网的电力转换。这些更有效的材料可以减少电网变电站的尺寸要求。

Thornton说：“如果你在附近徘徊，有时会有一个大变压器，周围有电线，上面有警告死亡的标志。那是一个变电站。我们想让它们更小、更高效。”

Nemanich是ASU物理系的一名教员，领导一个名为ULTRA能源前沿研究中心的电力电子研究小组。他还领导了一个人工金刚石材料的实验室。Thornton的团队将在研究中使用这些材料。

Nemanich说：“过去10年来，我们一直在为电子器件生长金刚石。我们相信我们的金刚石沉积实验室在开发电子材料和器件方面具有独特的能力。”

晶体管研究项目通过与Northrop Grumman Mission Systems的AMPED STC合作伙伴关系资助两年。然而，Thornton表示，要充分实现晶体管广泛应用的潜力，可能需要更长的时间。

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