Galliumnitrid senkt Energieverluste signifikant
Neue Bauelemente passen laut der North Carolina State University auch in Autos und Flugzeuge
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Optoelektronisches Bauelement aus Galliumnitrid (Foto: adroitmaterials.com) |
Raleigh/Cary (pte001/08.09.2022/06:00)
Schottky-Barriere-Dioden (JBS) auf der Basis von Siliziumkarbid dienen dazu, Wechselspannungs- in Gleichspannungsströme umzuwandeln, wie sie für viele elektronische Anwendungen benötigt werden. Auch im Leistungsbereich werden sie eingesetzt, etwa um große Strommengen verlustarm über sehr große Entfernungen zu transportieren. Bei der Umwandlung geht allerdings Energie verloren. Ingenieure um Dolar Khachariya von der North Carolina State University http://ncsu.edu haben jetzt ein Element entwickelt, das bei der Umwandlung von Strömen deutlich weniger Verluste macht.
Anleihe in der Optoelektronik
Das Element basiert auf Galliumnitrid, ein Halbleiter, der vor allem in der Optoelektronik verwendet wird, etwa um Leuchtdioden herzustellen. Um dieses Material im Leistungsbereich einzusetzen, muss es modifiziert werden. Die Entwickler haben es mit Fremdatomen verunreinigt, die die elektronischen Eigenschaften im Inneren des Kristalls verändern. "Das reduziert den Stromverlust während des Umwandlungsprozesses. Dies ist besonders wichtig für die Entwicklung von Technologien zur Unterstützung einer nachhaltigeren Energieinfrastruktur wie Smart Grids", sagt Khachariya.
"Wir können Energieverluste in der Leistungselektronik nicht nur reduzieren, sondern die Systeme zur Stromumwandlung auch kompakter bauen. Deshalb können wir sie in Systeme einbauen, in die derartige Bauteile aufgrund von Gewichts- oder Größenbeschränkungen derzeit nicht passen, etwa in Automobile und Flugzeuge. Leistungsgleichrichter wie JBS-Dioden werden als Schalter in jedem Stromversorgungssystem verwendet. Aber bisher werden sie aus den Halbleitern Silizium oder Siliziumkarbid hergestellt, weil die elektrischen Eigenschaften von undotiertem Galliumnitrid nicht mit der Architektur von JBS-Dioden kompatibel sind. Es funktioniert einfach nicht", so Khachariyas Kollege Ramón Collazo.
Kooperation mit der Industrie
Die Wissenschaftler arbeiten derzeit mit Industriepartnern wie Adroit Materials http://adroitmaterials.com zusammen, um die Produktion von selektiv dotiertem Galliumnitrid zu steigern, und suchen nach zusätzlichen Partnerschaften, um Probleme im Zusammenhang mit der weiter verbreiteten Herstellung und Einführung von Leistungsgeräten zu lösen, die dieses Material verwenden.
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