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晶體管,這種晶體管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晶體管,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??焖俚亻_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場效應晶體管,即MOSFET,其原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體),FET(Field Effect Transistor場效應晶體管),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)的場效應晶體管。功率MOS場效應晶體管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)。結型功率場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管(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,熱穩定性優于GTR,但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。
通過創建基于氧化鎵的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晶體管來處理極高的電壓。當用一層常見的環氧樹脂聚合物SU-8 “鈍化 ”后,這種基于氧化鎵的晶體管在實驗室測試中能夠處理超過8000伏的電壓,然后才會出現故障,研究人員稱這一數字明顯高于用碳化硅或氮化鎵制成的類似晶體管。
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。硅是電力電子器件中最常見的材料,其帶隙為1.1電子伏特。碳化硅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于領先地位。
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。
責任編輯:gt
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