Новият GaN транзистор на EPFL понася по-високо напрежение, защото балансира положителните и отрицателните подвижни заряди и разпределя електричното поле по-равномерно. Така се ограничават локалните пикове, които предизвикват пробив. Статията в Nature Electronics от 28 август отчита над 3,4 киловолта за транзисторите; резултатът над 3,9 киловолта се отнася до отделните диоди.
Проблемът е в натрупването на електрично поле
Високото напрежение не натоварва непременно целия транзистор равномерно. В обичайните латерални GaN конструкции полето може да се съсредоточи край електродите и да предизвика преждевременен пробив. Това означава, че част от допустимостите на материала остават неизползвани.
В съобщението на POWERlab от EPFL, проблемът е обяснен чрез зарядите: при изключване проводящият електронен слой се изпразва, но могат да останат некомпенсирани положителни заряди. Именно неравновесието създава неблагоприятно разпределение на полето.
Как балансът променя поведението
Екипът използва поляризацията в слоевете GaN и AlGaN, за да създаде съответстващи слоеве от подвижни електрони и дупки. Дупките са положителните носители на заряд в това описание. Конструкцията е наречена intrinsic polarization superjunction, съкратено iPSJ.
Според научната публикация подходящият контакт към слоя с дупки позволява двата вида носители да се извеждат динамично при превключване. Така в областта, която поема напрежението, се запазва приблизителна зарядова неутралност и полето става почти равномерно. Балансът в тази област не разчита на умишлено легиране.
Последното уточнение е важно: то описва принципа на балансиране, а не твърдение, че във всяка част от производствения процес липсват легирани материали. Методите в статията включват и операции с p-GaN.
Транзисторът и диодът имат различни резултати
Най-високото число в изследването не трябва автоматично да се прехвърля между различни компоненти. Първичната статия разделя резултатите така:
| Изследван компонент | Отчетено напрежение на пробив |
|---|---|
| iPSJ транзистори върху GaN-on-Si | Над 3,4 kV |
| iPSJ диоди с бариера на Шотки | Над 3,9 kV |
Затова формулировката „транзистор почти 4 kV“ е по-неточна от конкретното разграничение. Единият резултат не е измерване на другия, макар устройствата да използват общия принцип на поляризационен баланс.
Спрямо какво е сравнението „пет пъти“
Отправната точка в институционалното съобщение са търговски GaN устройства около 600–650 V, а не всички силициеви транзистори. Ако разделим 3400 V на 650 V, получаваме приблизително 5,23. Това обяснява мащаба на сравнението, но не е рейтинг за готов продукт.
Научният труд говори за измерено напрежение на пробив на образци, докато при търговските компоненти посочва номинален клас 650 V. Тези величини не са равнозначни: от лабораторната граница не следва разрешено постоянно работно напрежение със съответните запаси за надеждност.
Високото напрежение не е единствената цел
Полезният силов компонент трябва да съчетава издържане на напрежение с ниско съпротивление при провеждане. В статията са отчетени и динамични измервания: увеличението на съпротивлението във включено състояние е под 15% при изпитвания до 3 kV.
EPFL посочва електромобили, центрове за данни и преобразуване на възобновяема енергия като потенциални приложения. Това не е съобщение, че конкретен автомобил или соларен инвертор вече използва iPSJ. Разработката е върху силициева основа, което само по себе си показва защо „край на силиция“ е неподходящ извод от този резултат.
