New materyèl pouse limit yo nan Silisyòm ki baze sou elektwonik

21 janvye 2019, Fraunhofer Enstiti pou aplike Solid Eta Fizik IAF

Fraunhofer IAF devlope konpozan elektwonik ak sistèm ki baze sou GaN. Imaj la montre yon pen trete GaN. Kredi: Fraunhofer Enstiti pou aplike Solid Eta Fizik IAF

Mache elektwonik la ap grandi toujou e se konsa demann pou sistèm elektwonik pouvwa de pli zan pli kontra ak efikas. Prensipal eleman elektwonik ki baze sou Silisyòm pral nan pwochen prévisible pa kapab satisfè kondisyon yo ki ogmante endistriyèl. Se poutèt sa syantis nan inivèsite Freiburg, Sustainability Center Freiburg la ak Fraunhofer-Gesellschaft la te mete fòs yo nan lòd yo eksplore yon nouvo estrikti materyèl ki ka pi byen adapte pou elektwonik pouvwa nan lavni.

Dènyèman te lanse pwojè "Rechèch nan Fonksyon Semiconductors Fonksyonèl pou Elektwonik Efikas Pouvwa enèji" (nan kout "Elektwonik pouvwa 2020+") rechèch roman semi-kondiktè materyèl scandium aliminyòm nitrid la (ScAlN). Pwofesè Dr Oliver Ambacher, direktè Fraunhofer IAF ak pwofesè elektwonik pouvwa nan Depatman Direksyon Sistèm Dirab Jeni (INATECH) nan inivèsite a nan Freiburg, kowòdone kolaborasyon la supra-rejyonal yo.

Twa faktè kle yo responsab pou gwo kwasans mache elektwonik lan : automatisation ak dijitalizasyon endistri a ak konsyans kap ogmante de responsabilite ekolojik ak pwosesis dirab. Pouvwa konsomasyon pouvwa sèlman bese si sistèm elektwonik vin pi plis enèji- ak resous-efikas menm tan an yo vin pi pwisan.

Jiska dat, Silisyòm domine endistri elektwonik lan. Avèk pri relatif ki ba li yo ak yon estrikti kristal prèske pafè, Silisyòm te vin yon materyèl semi-conducteurs patikilyèman siksè, tou paske bandgap li yo pèmèt tou de yon bon konsantrasyon ak yon vitès bon asosye ak yon fòs dielèktrik bon. Sepandan, elektwonik Silisyòm piti piti rive nan limit fizik li yo. Espesyalman ak konsiderasyon dansite ki nesesè nan pouvwa ak Compact, Silisyòm konpozan pouvwa elektwonik yo ensifizan.

Konpayi materyèl inovatif pou plis pouvwa ak efikasite

Limit teknoloji Silisyòm yo deja simonte pa itilizasyon nitrid galyòm (GaN) kòm yon semi-conducteurs nan elektwonik pouvwa. GaN pèfòme pi byen nan kondisyon ki gen gwo tension, tanperati ki wo ak vit frekans frekans konpare ak Silisyòm . Sa ale men nan men ak pi gwo efikasite enèji-ak anpil aplikasyon pou enèji konsome, sa vle di yon rediksyon enpòtan nan konsomasyon enèji. Fraunhofer IAF te fè rechèch sou GaN kòm yon materyèl semi-conducteurs pou konpozan elektwonik ak sistèm pou plizyè ane. Avèk èd nan patnè endistriyèl, rezilta yo nan travay rechèch sa a te deja mete nan sèvi ak komèsyal yo. Syantis yo nan "Elektwonik pouvwa 2020 + pwojè a" pral ale menm pi lwen yo nan lòd yo yon fwa plis amelyore efikasite nan enèji ak rezistans nan jenerasyon kap vini an nan sistèm elektwonik . Pou rezon sa a, yon materyèl diferan ak roman yo pral itilize: scandium aliminyòm nitrid (ScAlN).

Yon ekip chèchè nan Fraunhofer IAF te ap travay sou pwopriyete pyezo nan ScAlN pou itilize nan filtè-wo frekans pou plizyè ane. Foto a montre karakterizasyon nan aparèy sa yo sou yon pen plat. Kredi: Fraunhofer Enstiti pou aplike Solid Eta Fizik IAF

ScAlN se yon materyèl semi-conducteurs pezzoelectric ki gen yon fòs dielèktrik segondè ki se lajman eksplore atravè lemond ki gen rapò ak itilizasyon li yo nan aplikasyon pou mikwo-elektwonik. "Lefèt ke scandium aliminyòm nitrid espesyalman byen adapte pou eleman pouvwa elektwonik, akòz pwopriyete fizik li yo, te deja pwouve," eksplike Dr.-Ing. Michael Mikulla, manadjè pwojè sou pati nan Fraunhofer IAF. Objektif pwojè a se pou grandi kwi ScAlN koresponn sou yon kouch GaN ak pou itilize etewostruktur ki kapab lakòz yo travay sou tranzistò ki gen gwo kapasite aktyèl pou pote. "Estrikti semi-conducteurs fonksyonèl ki baze sou materyèl ak yon gwo bandgap, tankou scandium aliminyòm nitrid ak gallium nitrid, pèmèt pou tranzistò ak tension trè wo ak kouran. Aparèy sa yo rive jwenn yon dansite pouvwa pi wo pou chak sifas chip kòm byen ke pi wo vitès commutation ak pi wo opere. tanperati a. Sa a se sinonim ak pi ba pèt oblije chanje, pi wo efikasite enèji ak sistèm plis kontra enfòmèl ant, "ajoute professeur Dr Oliver Ambacher, direktè a Fraunhofer IAF. "Pa konbine tou de materyèl , GaN ak ScAlN, nou vle double maksimòm pouvwa a pwodiksyon posib nan aparèy nou yo pandan y ap nan menm tan an siyifikativman bese demann lan enèji," se sa Mikulla.

Travay Pyonye nan Materyèl Rechèch

Youn nan pi gwo defi nan pwojè a se kwasans kristal, konsidere ke gen èksistist èksistans pa ni resèt kwasans ni valè anpirik pou materyèl sa a, ankò. Ekip pwojè a bezwen devlope sa yo pandan pwochen mwa yo pou kapab jwenn rezilta repwodwi epi pou pwodwi estrikti kouch ki ka itilize avèk siksè pou aplikasyon elektwonik pouvwa yo.

Pwojè rechèch la ap fèt nan koperasyon sere ant inivèsite Freiburg, Enstiti a Fraunhofer pou Fizik aplike Eta Fizik IAF, Sant Dirabilite Freiburg kòm byen ke Enstis Fraunhofer pou Sistèm entegre ak Aparèy Teknoloji IISB nan Erlangen, ki se yon manm nan Sant lan High-pèfòmans pou Sistèm elektwonik nan Erlangen. Nouvo fòm kolaborasyon ant rechèch inivèsite ak devlopman aplikasyon oryante pral sèvi kòm yon modèl pou koperasyon pwojè nan lavni. "Sou yon bò, modèl sa a fasilite koperasyon avèk konpayi yo nan transfè rapid nan rezilta de rechèch de baz yo sou aplikasyon-oryante devlopman. Nan lòt men an, li ouvè synergies ant de teknikman konplemantè Sant Fraunhofer nan de rejyon diferan e konsa amelyore. tou de ofri yo pou kliyan potansyèl nan endistri a semi-kondiktè, "di professeur Ambacher.