Прорыв в силовой электронике. Разработки НИТУ МИСИС повысили производительность в 10 раз

Исследователи НИТУ МИСИС сделали значительный шаг вперед в области силовой электроники, усовершенствовав структуру полупроводниковых выпрямителей тока. Новая разработка существенно уменьшает токи утечки и увеличивает надежность выпрямителей, что открывает путь к их широкому применению в телекоммуникациях, бытовой электронике и автомобильной промышленности.

Выпрямители играют ключевую роль в преобразовании переменного тока в постоянный, а полевые транзисторы используются для усиления сигналов и в радиочастотных приложениях. Недавно возрос интерес к использованию сверхширокозонного оксида галлия бета-полиморфа (β-Ga2O3) из-за его уникальных свойств и низкой стоимости. Этот материал выдерживает высокие напряжения, работает при высоких температурах и пригоден для высокомощных силовых устройств, обладая одной из самых высоких скоростей насыщения электронов среди всех полупроводников.

Полупроводники делятся на n-тип и p-тип. n-тип содержит донорные примеси, которые обеспечивают электронами, тогда как p-тип содержит акцепторные примеси, создающие дырки (отсутствие электрона), что определяет дырочную проводимость.

«Несмотря на свои преимущества, у оксида галлия бета-полиморфа есть недостаток — сложность получения проводимости дырочного типа и невозможность создания биполярных приборов на основе β-Ga2O3. Это создает трудности при разработке выпрямителей с большим пробивным напряжением и низким сопротивлением, а также с малыми потерями энергии при переключении».

– Александр Поляков, профессор кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников, заведующий лабораторией «Ультраширокозонные полупроводники» в НИТУ МИСИС

Для решения этой проблемы ученые НИТУ МИСИС создали гетеропереход, объединяющий n-тип полупроводника β-Ga2O3 и материал с высокой проводимостью p-типа, например, оксид никеля (NiO).

«Выпрямитель может быть создан на базе диодов Шоттки, что позволяет сочетать свойства β-Ga2O3 с биполярными устройствами. Мы использовали характеристики различных материалов для повышения производительности и эффективности устройств в силовой электронике».

– Антон Васильев, инженер научного проекта лаборатории «Ультраширокозонные полупроводники» Университета МИСИС

Результаты исследования показывают, что гетеропереходы NiO/β-Ga2O3 значительно повышают производительность устройств, их пробивное напряжение и уменьшают токи утечки в десятки раз по сравнению с традиционными материалами.