Les chercheurs en ingénierie ont créé de nouveaux appareils électroniques à haute puissance qui sont plus économes en énergie que les technologies précédentes. Les dispositifs sont rendus possibles par une technique unique de "dopage" du nitrure de gallium (GaN) de manière contrôlée.

"De nombreuses technologies nécessitent une conversion de puissance, où la puissance est commutée d'un format à un autre", explique Dolar Khachariya, le premier auteur d'un article sur le travail et ancien Ph.D. étudiant à l'Université d'État de Caroline du Nord. "Par exemple, la technologie peut avoir besoin de convertir le courant alternatif en courant continu ou de convertir l'électricité en travail, comme un moteur électrique. Et dans tout système de conversion de puissance, la plupart des pertes de puissance ont lieu au niveau de l'interrupteur d'alimentation, qui est un composant actif du circuit électrique. circuit qui fait le système de conversion de puissance."

"Le développement d'électronique de puissance plus efficace, comme les interrupteurs de puissance, réduit la quantité d'énergie perdue pendant le processus de conversion", déclare Khachariya, qui est maintenant chercheur chez Adroit Materials Inc. "Ceci est particulièrement important pour le développement de technologies permettant une alimentation plus durable. infrastructure, comme les réseaux intelligents."

"Notre travail ici signifie non seulement que nous pouvons réduire les pertes d'énergie dans l'électronique de puissance, mais nous pouvons également rendre les systèmes de conversion de puissance plus compacts par rapport à l'électronique conventionnelle au silicium et au carbure de silicium", déclare Ramón Collazo, co-auteur de l'article et professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à NC State. "Cela permet d'intégrer ces systèmes dans des technologies où ils ne conviennent pas actuellement en raison de restrictions de poids ou de taille, comme dans les automobiles, les navires, les avions ou les technologies distribuées dans un réseau intelligent."

Dans un article publié dans Applied Physics Letters en 2021, les chercheurs ont décrit une technique qui utilise l'implantation et l'activation ioniques pour doper des zones ciblées dans des matériaux GaN. En d'autres termes, ils ont conçu des impuretés dans des régions spécifiques sur les matériaux GaN pour modifier sélectivement les propriétés électriques du GaN uniquement dans ces régions.

Dans leur nouvel article, les chercheurs ont démontré comment cette technique peut être utilisée pour créer de véritables appareils. Plus précisément, les chercheurs ont utilisé des matériaux GaN dopés de manière sélective pour créer des diodes Junction Barrier Schottky (JBS).

"Les redresseurs de puissance, tels que les diodes JBS, sont utilisés comme commutateurs dans chaque système d'alimentation", explique Collazo. "Mais historiquement, ils ont été constitués de semi-conducteurs en silicium ou en carbure de silicium, car les propriétés électriques du GaN non dopé ne sont pas compatibles avec l'architecture des diodes JBS. Cela ne fonctionne tout simplement pas."

"Nous avons démontré que vous pouvez doper sélectivement GaN pour créer des diodes JBS fonctionnelles, et que ces diodes ne sont pas seulement fonctionnelles, mais permettent une conversion plus efficace en énergie que les diodes JBS qui utilisent des semi-conducteurs conventionnels. Par exemple, en termes techniques, notre GaN JBS La diode, fabriquée sur un substrat GaN natif, a une tension de claquage record (915 V) et une résistance à l'état passant record."

"Nous travaillons actuellement avec des partenaires de l'industrie pour augmenter la production de GaN dopé sélectivement, et recherchons des partenariats supplémentaires pour travailler sur des problèmes liés à une fabrication et à une adoption plus répandues de dispositifs de puissance qui utilisent ce matériau", a déclaré Collazo.

L'article, "Vertical GaN Junction Barrier Schottky Diodes with Near-ideal Performance using Mg Implantation Activated by Ultra-High-Pressure Annealing", est publié dans la revue Applied Physics Express . + Explorer plus loin

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