近日，南方科技大學電子與電氣工程系助理教授馬俊與瑞士洛桑聯邦理工大學教授Elison Matioli、蘇州晶湛半導體有限公司董事長程凱等團隊合作，在Nature Electronics發表了題目為“Multi-channel nanowire devices for efficient power conversion”的研究論文，報道了基于多溝道技術和寬禁帶半導體氮化鎵（GaN）的新型納米電力電子器件。該技術是電力電子領域和寬禁帶半導體領域的重大進步，有望顯著提升能量轉換效率。

圖1. 多溝道器件的結構示意圖和SEM圖像。

圖2 多溝道對器件擊穿電壓的影響及斜向三維柵帶來的擊穿電壓提升。

圖3新器件性能與現有技術的比較，顯示了極大的性能提升。

 

半導體電力電子器件是電能轉換的核心元件，其擊穿電壓和導通電阻分別決定了電能轉換的功率等級和能量效率。傳統電力電子器件的導通電阻越大，導致較高的損耗和碳排放。

 

該研究基于原創性的多溝道斜向三柵技術，開發了新型高效的GaN納米線電力電子器件，可以大大降低器件的導通電阻。該技術融合了兩項關鍵創新：第一項是在元件中建立幾個并行導電通道以減小電阻，就像在高速公路上增加新車道一樣，讓交通更加順暢；第二項創新涉及使用斜向三維柵結構，通過獨特的斜向漏斗狀結構使15納米寬的線條能夠承受超過1,200 V的電壓而不被擊穿。得益于這兩項創新的結合——允許更多電子流動的多通道設計以及調控納米線電場分布的斜向三柵結構——新型器件可以在大功率系統中提供更高的能量效率，綜合性能是文獻中最好的GaN電力電子器件的兩倍。

 

馬俊與來自瑞士洛桑聯邦理工大學的Luca Nela和Erine Catherine為本文共同第一作者，通訊作者為Elison Matioli。本文由歐洲研究委員會、瑞士國家科學基金會、ECSEL聯合執行體資助。