北卡羅來納州立大學(xué)（NCSU）的工程研究人員創(chuàng)造了新的高功率電子器件，比以前的技術(shù)更節(jié)能。通過以受控方式摻雜GaN的獨(dú)特技術(shù)使這些器件成為可能。在2021發(fā)表的一篇論文中，研究人員概述了一種使用離子注入和激活在GaN材料中局域摻雜的技術(shù)。換句話說，他們將雜質(zhì)設(shè)計(jì)到GaN材料上的特定區(qū)域中，以僅在這些區(qū)域中選擇性地修改GaN的電性能。

他們?cè)凇稇?yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Express）上發(fā)表的新論文《使用超高氣壓退火激活的Mg注入實(shí)現(xiàn)接近理想性能的垂直GaN結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管》。研究人員已經(jīng)演示了如何使用這種技術(shù)來創(chuàng)建實(shí)際器件。具體地說，研究人員使用選擇性摻雜的GaN材料制造出結(jié)勢(shì)壘肖特基（JBS）二極管。

“許多技術(shù)都需要功率轉(zhuǎn)換——功率從一種形式轉(zhuǎn)換到另一種形式”Dolar Khachariya說，他是這項(xiàng)工作論文的第一作者，也是北卡羅來納州立大學(xué)的前博士生。“例如，該技術(shù)可能需要將AC轉(zhuǎn)換為DC，或?qū)㈦娹D(zhuǎn)換為功——就像電機(jī)一樣。在任何功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，大部分電力損失發(fā)生在電源開關(guān)處，電源開關(guān)是構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電路的有源組件。

“我們?cè)谶@里的工作不僅意味著我們可以減少功率電子器件中的能量損失，而且我們還可以使功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與傳統(tǒng)硅和碳化硅功率器件相比更緊湊，”論文作者之一、NC州立大學(xué)材料科學(xué)與工程副教授Ramón Collazo說。“這使得可以將這些系統(tǒng)整合到由于重量或尺寸限制而目前不適合的技術(shù)中，例如汽車、船舶、飛機(jī)或分布在整個(gè)智能電網(wǎng)中的技術(shù)。”

“功率整流器，如JBS二極管，在每個(gè)功率系統(tǒng)中都用作開關(guān)，”Collazo說。“但從歷史上看，它們是由半導(dǎo)體硅或SiC制成的，因?yàn)槲磽诫sGaN的電性能與JBS二極管的結(jié)構(gòu)不兼容。這根本不起作用。

“我們已經(jīng)證明，您可以選擇性地?fù)诫sGaN以創(chuàng)建功能性JBS二極管，并且這些二極管不僅具有功能性，而且比使用傳統(tǒng)半導(dǎo)體的JBS二極管實(shí)現(xiàn)更高的功率效率轉(zhuǎn)換。例如，在技術(shù)方面，我們的GaN JBS二極管在自支撐GaN襯底上制造，具有創(chuàng)紀(jì)錄的高擊穿電壓（915 V）和創(chuàng)紀(jì)錄的低導(dǎo)通電阻。

“我們目前正在與行業(yè)合作伙伴合作，以擴(kuò)大選擇性摻雜GaN的生產(chǎn)，并正在尋找更多的合作伙伴，以解決與更廣泛地制造和采用這種材料的功率器件有關(guān)的問題，”Collazo說。這項(xiàng)工作主要由ARPA-E作為其PNDIODES計(jì)劃的一部分提供支持。這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、全球海軍研究辦公室的海軍國(guó)際科技合作機(jī)會(huì)計(jì)劃和波蘭國(guó)家研究與發(fā)展中心（NCBR）的額外支持。

(來源：化合物半導(dǎo)體聯(lián)盟)