La difficulté d'augmenter encore l'efficacité de conversion de puissance des composants à base de silicium en électronique de puissance semble indiquer que nous atteignons les limites des avancées potentielles de cette technologie. Cependant, un groupe de recherche dirigé par l'Université de Tokyo a récemment contesté ce point de vue en développant un dispositif de commutation de puissance qui dépasse les limites de performances précédentes, illustrant que la technologie silicium peut encore être optimisée davantage. Les chercheurs ont développé un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) amélioré, qui est un type de commutateur utilisé dans la conversion de puissance pour commuter des tensions élevées d'environ 600 à 6500 V.

Pour concevoir leur IGBT, l'équipe a utilisé une approche de mise à l'échelle. Leurs simulations de mise à l'échelle ont révélé que la réduction d'une partie d'un IGBT à un tiers de sa taille d'origine pouvait abaisser sa tension de fonctionnement de 15 V à seulement 5 V et réduire considérablement sa puissance d'entraînement.

"Notre approche de mise à l'échelle de l'IGBT était basée sur un concept similaire à celui utilisé dans la microélectronique traditionnelle et a indiqué qu'un IGBT avec une tension de fonctionnement de 5 V devrait être réalisable, " dit Takuya Saraya. " Cependant, nous avons pensé qu'une tension d'entraînement de 5 V pourrait être trop faible pour dépasser le niveau de bruit inattendu et assurer un fonctionnement fiable."

Pour vérifier leurs résultats de simulation, les chercheurs ont fabriqué leur IGBT avec une tension nominale de 3 300 V dans une salle blanche spécialisée de l'Université de Tokyo, puis ont évalué ses performances. Notamment, l'IGBT a atteint une commutation stable à une tension de fonctionnement de seulement 5 V. C'est la première fois qu'une commutation IGBT a été réalisée à 5 V.

Un IGBT qui présente des performances stables à une tension de fonctionnement de seulement 5 V est extrêmement attrayant car la consommation électrique du circuit de commande n'est que d'environ 10 % de celle d'un IGBT conventionnel fonctionnant à 15 V. L'efficacité de conversion de puissance est également améliorée malgré la baisse tension de fonctionnement. Une tension de fonctionnement aussi faible est également compatible avec les traitements électroniques standards, ce qui facilitera l'intégration des circuits de commande IGBT avec d'autres composants électroniques.

« Les IGBT sont des composants importants de l'électronique de puissance, " explique Toshiro Hiramoto. " Notre IGBT miniaturisé pourrait conduire au développement ultérieur d'une électronique de puissance avancée qui est plus petite et a une efficacité de conversion de puissance plus élevée. "

Les IGBT se trouvent dans l'électronique allant des trains et véhicules électriques aux chaînes stéréo et aux climatiseurs. Par conséquent, l'IGBT amélioré avec une faible tension de conduite et une efficacité de conversion de puissance élevée promet d'augmenter les performances de nombreux appareils électroniques, aider à atténuer les demandes énergétiques croissantes de la société moderne.