氮化鎵晶體管有望成新“半導(dǎo)體之王” 幾乎可實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換的“零損失”

美國(guó)康奈爾大學(xué)的研究人員制成了一種高效低耗的氮化鎵晶體管，有望在短期內(nèi)取代硅晶體管，成為電力應(yīng)用中的“半導(dǎo)體之王”。相關(guān)的研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的《應(yīng)用物理快報(bào)》上。

作為康奈爾大學(xué)工程系教授萊斯特·伊士曼的研究生，石俊夏（音譯）等人研發(fā)出了基于氮化鎵的晶體管設(shè)備，即一種新型的電子轉(zhuǎn)換器。氮化鎵晶體管耐高溫，其頻率和功率特性遠(yuǎn)高于硅和碳化硅等常用的半導(dǎo)體器件，可為筆記本電腦、海洋驅(qū)逐艦和其他電力系統(tǒng)等提供高效穩(wěn)定的電力來(lái)源。此外，氮化鎵晶體管還能適用于混合動(dòng)力汽車所需的特殊電路，將電池中的直流電轉(zhuǎn)換為用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流電。

這種新型晶體管設(shè)備的電阻比當(dāng)前廣泛使用的硅基電力設(shè)備低10倍至20倍，能夠有效地減少電力的損失。此外，它還具有很高的擊穿電壓（即在發(fā)生崩潰前，可施加在某種材料上的電壓總量），并能夠在不出故障的情況下處理每厘米300萬(wàn)伏的電壓，而硅基晶體管設(shè)備僅能處理每厘米25萬(wàn)伏的電壓。

伊士曼和同事已對(duì)氮化鎵化合物進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10年的研究。他表示，提升電力利用效率的核心在于制成能夠在高電壓和高強(qiáng)度電流之間轉(zhuǎn)換的設(shè)備，從而將電力的損耗降至最低。“之前沒(méi)有哪種電子設(shè)備能夠兼顧處理高強(qiáng)度電流和高電壓，而我們做到了?！币潦柯缡钦f(shuō)。

伊士曼表示，在下一代的電力設(shè)備中，人們都將致力于探索降低電力損耗的方式，以保證輸入和輸出的電力差額最小化。而氮化鎵材料是研究團(tuán)隊(duì)至今所知的最佳選擇，其幾乎可以做到電力轉(zhuǎn)換的“零損失”。

目前石俊夏和伊士曼等研制的氮化鎵設(shè)備已經(jīng)拿到了暫時(shí)的專利，位于紐澤西的維洛克斯公司和摩托羅拉下屬的飛思卡爾公司也為這項(xiàng)研究提供了相當(dāng)?shù)馁Y助，并有望盡快促成這一設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)。