Gli ingegneri dell'Università di Buffalo sviluppano un transistor in grado di gestire 8000 volt

un giorno fa Luke James I transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo (MOSFET) sono componenti comunemente usati in tutti i tipi di dispositivi elettronici, tuttavia sono particolarmente diffusi nel settore automobilistico in cui sono un componente cruciale utilizzato per accendere e spegnere l'elettronica ad alta potenza in modo estremamente rapido . Ora, gli ingegneri elettrici dell'Università di Buffalo mirano a fare un ulteriore passo avanti dei MOSFET basandoli sull'ossido di gallio, qualcosa che ha permesso al team di capire come gestire tensioni estremamente elevate di oltre 8.000 V. In uno studio pubblicato dal team di ricerca nell'edizione di giugno di IEEE Electron Device Letters, il team di ingegneri elettrici descrive come il loro piccolo interruttore elettronico è in grado di gestire una tensione così elevata nonostante il suo profilo super piccolo e sottile.
Il team di ricerca di Buffalo ha studiato il potenziale dell'ossido di gallio per un po 'di tempo, e i lavori precedenti del team includono l'esplorazione di transistor realizzati con il materiale. La ragione per cui si concentra così tanto sull'ossido di gallio è il suo gap di banda: la quantità di energia richiesta per scuotere un elettrone in uno stato conduttore. I sistemi che utilizzano materiali con intervalli di banda più ampi possono essere più sottili, più leggeri e gestire una potenza maggiore rispetto ai sistemi che utilizzano materiali con intervalli di banda inferiori.
Il intervallo di banda di ossido di gallio è di circa 4,8 volt di elettroni che, secondo il team di ricerca, lo colloca tra gruppo di materiali "d'élite". Al contrario, il materiale più comunemente usato nell'elettronica di potenza, il silicio, ha un gap di banda di 1.
1 volt di elettroni e i potenziali sostituti del silicio come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN) hanno circa 3,4 e 3,3 volt di elettroni rispettivamente.
È a causa del gap di banda ultrawide dell'ossido di gallio che l'interruttore elettronico della squadra potrebbe essere assottigliato fino alla larghezza di un pezzo di carta. I MOSFET, come quello nella foto sopra, sono utilizzati per alimentare veicoli elettrici e altri dispositivi elettronici. Il design dell'ossido di gallio del team Buffalo potrebbe renderli più efficienti. Immagine accreditata a SparkFun Electronics Per quanto riguarda la capacità del materiale di gestire una tensione così elevata nonostante sia così piccola, questo è stato ottenuto utilizzando un processo chimico noto come "passivazione". Ciò comporta il rivestimento del dispositivo di commutazione elettronico in uno strato di SU-8, un polimero a base epossidica comunemente usato in microelettronica, per ridurre la reattività chimica della sua superficie. A seguito dei test, i risultati del team hanno dimostrato che il transistor può gestire 8.032 volt prima di rompersi, che è più dei transistor progettati da SiC e GaN.
E maggiore è la tensione di rottura, maggiore è la potenza che un dispositivo è in grado di gestire. "Lo strato di passivazione è un modo semplice, efficiente ed economico per migliorare le prestazioni dei transistor di ossido di gallio", afferma l'autore principale dello studio, Uttam Singisetti. Il nuovo transistor del team di ricerca potrebbe portare a sistemi elettronici più piccoli ed efficienti che controllano e convertono l'energia elettrica in applicazioni come veicoli elettrici, aeroplani e locomotive.
"Per spingere davvero queste tecnologie nel futuro, abbiamo bisogno di componenti elettronici di prossima generazione in grado di gestire maggiori carichi di potenza senza aumentare le dimensioni dei sistemi di elettronica di potenza", ha aggiunto Singisetti. Con sistemi di alimentazione elettronica più efficienti, questi veicoli potrebbero spostarsi ulteriormente e funzionare più a lungo tra i cicli di ricarica.