به گزارش نبض وطن، وبگاه تِکاِکسپلور در گزارشی آورده است:
درون هر دستگاه الکترونیکی، جریان برق توسط کلیدی به نام ترانزیستور کنترل میشود. به مدت چند دهه، این کلیدها از سیلیکون ساخته میشدند، اما در سالهای اخیر، مهندسان به مادهای به نام نیترید گالیوم (GaN) روی آوردهاند که امکان ساخت دستگاههای کوچک و کارآمد مانند شارژرهای گوشی را فراهم میکند.
حالا پژوهشگران آزمایشگاه تحقیقات الکترونیک قدرت در مؤسسه فناوری فدرال لوزان (EPFL) نوع جدیدی از ترانزیستورهای نیترید گالیوم را معرفی کردهاند که میتواند نزدیک به ۴ کیلوولت ولتاژ را تحمل کند که رکوردی جدید برای این نوع فناوری بهشمار میرود.
چالش ترانزیستورهای معمولی
ترانزیستورهای نیترید گالیوم در ولتاژهای بالا با مشکل مواجه میشوند. میدانهای الکتریکی (نیروهای ناشی از بارهای الکتریکی)، با تمرکز در نقاط خاصی از ترانزیستور، باعث خرابی زودهنگام آن میشوند. به همین دلیل، دستگاههای فعلی هنوز در بالاترین سطوح ولتاژ قابلدستیابی با سیلیکون، عملکرد ضعیفی دارند.
برای رفع این محدودیت، پژوهشگران نوع جدیدی از ترانزیستور نیترید گالیوم به نام ساختار متعادلکننده بار (iPSJ) ساختهاند.
طراحی مبتنیبر طبیعت
نیترید گالیوم بهدلیل ساختار بلوری خود، ویژگیهای الکتریکی منحصربهفردی دارد. در ترانزیستورهای معمولی، هنگامی که دستگاه خاموش میشود، الکترونهای دارای بار منفی از مسیر جریان خارج میشوند و بار مثبت بدون جفت باقی میماند. این برهمخوردن تعادل باعث تمرکز ولتاژ در یک نقطه و ایجاد خرابی میشود.
پژوهشگران با مهندسی لایههای نیترید گالیوم، راهکاری برای جلوگیری از این برهمخوردن تعادل ارائه دادهاند. آنها لایههایی طراحی کردهاند که در کنار لایه الکترونی، یک لایه بار مثبت نیز بهطور طبیعی تشکیل شود و بارهای مثبت و منفی را متعادل کند.
مزایای کلیدی
این ترانزیستور جدید میتواند بیش از پنج برابر ولتاژ دستگاههای تجاری نیترید گالیوم (که حدود ۶۰۰ تا ۶۵۰ ولت هستند) را تحمل کند. همچنین در طیف وسیعی از دماها عملکرد پایدار دارد و برای استفاده در خودروهای برقی و سامانههای صنعتی مناسب است.
یکی دیگر از مزایای مهم این طراحی، بینیازی از افزودن ناخالصی (دوپینگ) است که در دستگاههای معمولی برای کنترل بار استفاده میشود و به دما حساس است. این ویژگی، استحکام دستگاه را افزایش میدهد.
چشمانداز آینده
پژوهشگران قصد دارند این روش را با روش دیگری که قبلاً توسعه دادهاند ترکیب کنند تا بتوانند هم ولتاژ بسیار بالا را مدیریت کنند و هم مقاومت الکتریکی و اتلاف انرژی را به حداقل برسانند.
دکتر الیسون ماتیولی (Elison Matioli)، سرپرست این پژوهش، توضیح داد: کار ما میتواند به تولید الکترونیک قدرتِ مقاوم، کارآمد و با ولتاژ بالا در مقیاسهای بسیار فشرده کمک کند.
جزئیات این پژوهش در نشریه نِیچِر الِکترونیکس/ Nature Electronics منتشر شده است.