北卡羅來納州立大學（NCSU）的工程研究人員創造了新的高功率電子器件，比以前的技術更節能。通過以受控方式摻雜GaN的獨特技術使這些器件成為可能。在2021發表的一篇論文中，研究人員概述了一種使用離子注入和激活在GaN材料中局域摻雜的技術。換句話說，他們將雜質設計到GaN材料上的特定區域中，以僅在這些區域中選擇性地修改GaN的電性能。

他們在《應用物理快報》（Applied Physics Express）上發表的新論文《使用超高氣壓退火激活的Mg注入實現接近理想性能的垂直GaN結勢壘肖特基二極管》。研究人員已經演示了如何使用這種技術來創建實際器件。具體地說，研究人員使用選擇性摻雜的GaN材料制造出結勢壘肖特基（JBS）二極管。

“許多技術都需要功率轉換——功率從一種形式轉換到另一種形式”Dolar Khachariya說，他是這項工作論文的第一作者，也是北卡羅來納州立大學的前博士生。“例如，該技術可能需要將AC轉換為DC，或將電轉換為功——就像電機一樣。在任何功率轉換系統中，大部分電力損失發生在電源開關處，電源開關是構成功率轉換系統的電路的有源組件。

“我們在這里的工作不僅意味著我們可以減少功率電子器件中的能量損失，而且我們還可以使功率轉換系統與傳統硅和碳化硅功率器件相比更緊湊，”論文作者之一、NC州立大學材料科學與工程副教授Ramón Collazo說。“這使得可以將這些系統整合到由于重量或尺寸限制而目前不適合的技術中，例如汽車、船舶、飛機或分布在整個智能電網中的技術。”

“功率整流器，如JBS二極管，在每個功率系統中都用作開關，”Collazo說。“但從歷史上看，它們是由半導體硅或SiC制成的，因為未摻雜GaN的電性能與JBS二極管的結構不兼容。這根本不起作用。

“我們已經證明，您可以選擇性地摻雜GaN以創建功能性JBS二極管，并且這些二極管不僅具有功能性，而且比使用傳統半導體的JBS二極管實現更高的功率效率轉換。例如，在技術方面，我們的GaN JBS二極管在自支撐GaN襯底上制造，具有創紀錄的高擊穿電壓（915 V）和創紀錄的低導通電阻。

“我們目前正在與行業合作伙伴合作，以擴大選擇性摻雜GaN的生產，并正在尋找更多的合作伙伴，以解決與更廣泛地制造和采用這種材料的功率器件有關的問題，”Collazo說。這項工作主要由ARPA-E作為其PNDIODES計劃的一部分提供支持。這項工作得到了美國國家科學基金會、全球海軍研究辦公室的海軍國際科技合作機會計劃和波蘭國家研究與發展中心（NCBR）的額外支持。

(來源：化合物半導體聯盟)