新形式功率MOSFET電晶體研發,能夠處理超過8000伏的電壓

2020-11-30 電子發燒友

新形式功率MOSFET電晶體研發，能夠處理超過8000伏的電壓

佚名 發表於 2020-06-04 14:26:12

6月3日消息，美國布法羅大學科研團隊開發了一種新形式的功率MOSFET電晶體，這種電晶體可以用最小的厚度處理難以置信的高電壓，可能會提升電動汽車電力電子元件效率。金屬氧化物半導體場效應電晶體，也就是我們常說的MOSFET，是各種消費類電子產品中極為常見的元件，尤其是汽車電子領域。

功率MOSFET是一種專門為處理大功率負載而設計的開關。每年大約有500億個這樣的開關出貨。實際上，它們是三腳、扁平的電子元件，可作為電壓控制開關。當在柵極引腳上施加足夠的（通常是相當小的）電壓時，就會在其他兩個引腳之間建立連接，完成一個電路。它們可以非常快速地開啟和關閉大功率電子器件，是電動汽車不可或缺的一部分。

功率MOS場效應電晶體，即MOSFET，其原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體），FET（Field Effect Transistor場效應電晶體），即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應來控制半導體（S）的場效應電晶體。功率MOS場效應電晶體也分為結型和絕緣柵型，但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），簡稱功率MOSFET（Power MOSFET）。結型功率場效應電晶體一般稱作靜電感應電晶體（Static Induction Transistor——SIT）。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅動電路簡單，需要的驅動功率小，開關速度快，工作頻率高，熱穩定性優於GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般只適用於功率不超過10kW的電力電子裝置。

通過創建基於氧化鎵的MOSFET，布法羅大學的團隊聲稱，他們已經研究出了如何使用薄如紙的電晶體來處理極高的電壓。當用一層常見的環氧樹脂聚合物SU-8 「鈍化 」後，這種基於氧化鎵的電晶體在實驗室測試中能夠處理超過8000伏的電壓，然後才會出現故障，研究人員稱這一數字明顯高於用碳化矽或氮化鎵製成的類似電晶體。

實驗當中，氧化鎵的帶隙數字為4.8電子伏特，令人印象深刻。帶隙是衡量一個電子進入導電狀態所需的能量，帶隙越寬，效果越好。矽是電力電子器件中最常見的材料，其帶隙為1.1電子伏特。碳化矽和氮化鎵的帶隙分別為3.4和3.3電子伏特。因此，氧化鎵的4.8電子伏特帶隙使其處於領先地位。

通過開發一種能夠以極小的厚度處理極高電壓的MOSFET，布法羅團隊希望其工作能夠為電動車領域、機車、飛機、微電網技術以及潛在的固態變壓器等更小、更高效的電力電子器件做出貢獻。

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