亲爱的我把缩小电路

桑迪亚国家实验室研究人员表明它可能使晶体管和二极管从先进的半导体材料，可以执行比硅，现代电子世界的主力好得多。

桑迪亚国家实验室电气工程师 Bob Kaplar 负责人学习超带隙半导体材料的项目。该项目回答这类问题，是如何的材料行为和如何处理它们，朝改善一切从消费电子到电网。（照片由兰迪 · 蒙托亚）

突破工作一步走向更加紧凑高效电力电子，反过来可以改善一切从消费电子到电网。电力电子电气系统至关重要，因为他们权力，从转移其源到负载或用户，通过转换电压、 电流和频率。桑迪亚的研究是今年夏天发表在应用物理快报和电子信件和各种会议。

“目标是要能够缩小电力供应，电力转换系统，”说电气工程师 Bob Kaplar，领导的研究 (UWBG) 超带隙半导体材料实验室指导研究和发展项目。该项目探索了如何成长，这些材料较少的缺陷，创造不同的设备的设计，利用硅大大优于这些新材料的性能。

该项目为科学奠定新的 UWBG 研究领域，回答这类问题，是如何表现的材料以及如何和他们一起工作。它还将有助于桑迪亚的事态发展，例如通过使用更好的半导体器件的紧凑的功率转换通过更广泛的工作。”理解科学帮助引向那第二个目标，”Kaplar 说。

带隙是一个基本的材料属性，可以帮助确定电导率和最终晶体管性能。宽禁带 (WBG) 材料允许设备在高电压、 频率、 温度、 操作和开始对电力转换系统产生的影响。新兴超带隙材料是更具吸引力的因为他们可能允许进一步扩展到运行在更高的电压、 频率和温度的设备。当制成晶体管，材料有可能大大提高的性能和效率的电网、 电动汽车、 计算机电源和电动机的诸如加热、 通风和空调 (HVAC) 系统。更快地切换也可能会导致较小的电容器和相关电路组件，小型化整个电力系统。

工作演示最高带隙晶体管

桑迪亚研究人员表明最高带隙晶体管过，高电子迁移率晶体管，并发表这些结果在 7 月 18 日应用物理快报。桑迪亚年 6 月和 7 月在由氮化镓 (GaN) 和氮化铝镓 （甘） 制成的二极管的性能分析的电子信件发表的论文。

“这些文件的所有三到更紧凑、 更高效率的功率转换器都代表进步的道路上，”Kaplar 说。”他们也都非常令人兴奋的发展在半导体材料和器件物理在他们自己的权利.”

然而，他警告说，工作并不意味着 UWBG 设备准备好市场。

“有更多的改进，需要向晶体管，”他说。”与二极管相同。还有更多需要去做的优化，很多我们不明白对自己的行为。

在桑迪亚和其他地方有研究者 WBG 材料，例如碳化硅 (SiC) 和甘，约二十年。近几年，桑迪亚也一直在研究下一代 UWBG 的材料，如沃甘。事实上，桑迪亚铸造的期限超带隙，这已引起了整个研究社会，Kaplar 说。

研究人员研究更好地成长新材料

这一难题的一个关键部分就弄成长新半导体材料的最佳方法。研究人员还必须了解缺陷的材料，如何转化工作设备的材料和设法改善无源元件，如磁电感。

半导体材料的特点是他们的工作效率和效力，所以它很容易假定你能使电力供应更小的如果一种物质是比另一个好 10 倍的 10 倍。但它并不那么简单。”这取决于功率变换器中的其他组件。磁性元件，电容器，”Kaplar 说。”我们开始来看看什么是一种更现实的缩放比例”。

他和他的同事协作桑迪亚在其他领域的专家，明白半导体到其他组件的关系，在系统中。”半导体系统，但如果你有其他的事，去限制它，然后你不能充分发挥潜力的半导体收缩大小的功率转换为 Kaplar 说︰ 可以。

更好的半导体材料将意味着更高的绝对电压作为分布式电网电能等用途。现在事情了结了堆叠中的设备系列权达到所需结合电压。因为 UWBG 材料具有比传统材料更高的电压，远较少的设备，需要在堆栈中。Kaplar 说 UWBG 材料也可能有用在极端的温度或辐射环境 — — 用于核武器或卫星感兴趣的应用。

正对这么多的桑迪亚的工作的潜在影响，因为 Kaplar 期望继续当前项目结束后这明年 9 月的 UWBG 研究。”我们奠定基础，然后我们想要继续推进，科学和最终的应用程序。

应用物理快报论文的作者是阿尔伯特泉源、 安德鲁 · 阿姆斯特朗、 安德鲁 Allerman、 埃丽卡道格拉斯、 卡洛斯 · 桑切斯、 迈克尔 · 王、 迈克尔 · 科尔特林、 托财富和 Kaplar。团队成员也结果会议提出设备研究在特拉华大学在 6 月和高性能器件利哈伊大学莱斯特 · 伊士曼会议在 8 月。