Pesquisadores de engenharia criaram novos dispositivos eletrônicos de alta potência que são mais eficientes em termos energéticos do que as tecnologias anteriores. Os dispositivos são viabilizados por uma técnica única de "doping" de nitreto de gálio (GaN) de forma controlada.
"Muitas tecnologias exigem conversão de energia - onde a energia é alternada de um formato para outro", diz Dolar Khachariya, o primeiro autor de um artigo sobre o trabalho e ex-Ph.D. estudante da North Carolina State University. "Por exemplo, a tecnologia pode precisar converter CA para CC, ou converter eletricidade em trabalho - como um motor elétrico. E em qualquer sistema de conversão de energia, a maior parte da perda de energia ocorre no interruptor - que é um componente ativo do sistema elétrico. circuito que faz o sistema de conversão de energia."

"Desenvolver eletrônica de potência mais eficiente, como interruptores elétricos, reduz a quantidade de energia perdida durante o processo de conversão", diz Khachariya, que agora é pesquisador da Adroit Materials Inc. infraestrutura, como redes inteligentes."

"Nosso trabalho aqui não significa apenas que podemos reduzir a perda de energia na eletrônica de potência, mas também podemos tornar os sistemas de conversão de energia mais compactos em comparação com a eletrônica convencional de silício e carbeto de silício", diz Ramón Collazo, coautor do artigo e professor associado de ciência e engenharia de materiais na NC State. “Isso torna possível incorporar esses sistemas em tecnologias onde eles não se encaixam atualmente devido a restrições de peso ou tamanho, como em automóveis, navios, aviões ou tecnologias distribuídas em uma rede inteligente”.

Em um artigo publicado em Applied Physics Letters em 2021, os pesquisadores delinearam uma técnica que usa implantação e ativação de íons para dopar áreas direcionadas em materiais de GaN. Em outras palavras, eles projetaram impurezas em regiões específicas em materiais de GaN para modificar seletivamente as propriedades elétricas do GaN apenas nessas regiões.

Em seu novo artigo, os pesquisadores demonstraram como essa técnica pode ser usada para criar dispositivos reais. Especificamente, os pesquisadores usaram materiais GaN dopados seletivamente para criar diodos Junction Barrier Schottky (JBS).

"Retificadores de energia, como diodos JBS, são usados ​​como interruptores em todos os sistemas de energia", diz Collazo. "Mas historicamente eles foram feitos de silício semicondutor ou carboneto de silício, porque as propriedades elétricas do GaN não dopado não são compatíveis com a arquitetura dos diodos JBS. Simplesmente não funciona."

"Nós demonstramos que você pode dopar seletivamente GaN para criar diodos JBS funcionais, e que esses diodos não são apenas funcionais, mas permitem uma conversão mais eficiente do que os diodos JBS que usam semicondutores convencionais. Por exemplo, em termos técnicos, nosso GaN JBS O diodo, fabricado em um substrato de GaN nativo, tem um recorde de alta tensão de ruptura (915 V) e baixa resistência."

“Atualmente, estamos trabalhando com parceiros do setor para aumentar a produção de GaN dopado seletivamente e estamos procurando parcerias adicionais para trabalhar em questões relacionadas à fabricação e adoção mais ampla de dispositivos de energia que fazem uso desse material”, diz Collazo.

O artigo, "Vertical GaN Junction Barrier Schottky Diodes with Near-ideal Performance using Mg Implantation Activated by Ultra-High-Pressure Annealing", foi publicado na revista Applied Physics Express . + Explorar mais

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