北卡羅來(lái)納州立大學(xué)（North Carolina State University）的前博士生Dolar Khachariya表示：“許多技術(shù)都需要進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，將電能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。例如，這項(xiàng)技術(shù)可能需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，或者將電能轉(zhuǎn)換為功，就像電動(dòng)機(jī)一樣。在各類電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，大部分電力損失發(fā)生在電源開(kāi)關(guān)上，這是構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路的有源部件。
“開(kāi)發(fā)更高效的電力電子產(chǎn)品，比如電源開(kāi)關(guān)，可以減少轉(zhuǎn)換過(guò)程中的電力損耗。對(duì)于開(kāi)發(fā)支持更可持續(xù)電力基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)，比如智能電網(wǎng)，具有重要意義。”
北卡羅來(lái)納州立大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)副教授Ramón Collazo表示：“這項(xiàng)工作不僅可以減少電力電子設(shè)備中的能量損耗，而且可以使電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)比傳統(tǒng)的硅和碳化硅電子設(shè)備更加緊湊。因此，這些系統(tǒng)可能整合到目前不適用（因重量或大小而受限）的技術(shù)中，例如汽車、船舶、飛機(jī)或整個(gè)智能電網(wǎng)中的分布技術(shù)。”
在2021年發(fā)表的論文中，研究人員概述了一種利用離子注入和激活在GaN材料目標(biāo)區(qū)域中進(jìn)行摻雜的技術(shù)。換句話說(shuō)，將雜質(zhì)引入GaN材料的特定區(qū)域，有選擇性地僅在這些區(qū)域修改GaN的電學(xué)特性。
在新論文中，研究人員演示了如何利用這種技術(shù)來(lái)制造實(shí)際的設(shè)備。具體來(lái)說(shuō)，研究人員使用選擇性摻雜的GaN材料，制造結(jié)勢(shì)壘肖特基（JBS）二極管。
Collazo表示：“在各類電力系統(tǒng)中，JBS二極管等電力整流器可用作開(kāi)關(guān)。然而，以往這些部件由半導(dǎo)體硅或碳化硅制成，因?yàn)槲磽诫sGaN材料的電學(xué)性質(zhì)與JBS二極管的架構(gòu)不兼容，無(wú)法起作用。研究人員已經(jīng)證明，可以通過(guò)選擇性摻雜GaN來(lái)制造功能性JBS二極管。這些二極管不僅具有功能性，而且提高了功率轉(zhuǎn)換的效率，超過(guò)傳統(tǒng)半導(dǎo)體的JBS二極管。例如，這種GaN JBS二極管在天然GaN基層上制備，具有創(chuàng)紀(jì)錄的高擊穿電壓（915 V）和低導(dǎo)通電阻。”
目前，研究人員致力于與行業(yè)伙伴合作，以擴(kuò)大選擇性摻雜GaN的生產(chǎn)規(guī)模，并將尋找更多的合作伙伴，以解決更廣泛的制造問(wèn)題，以及采用這種材料的電力設(shè)備的相關(guān)問(wèn)題。
