Следующее поколение силовой электроники? Нитрид галлия, легированный бериллием

Хитрость заключается в том, чтобы иметь возможность использовать атомы бериллия в нитриде галлия. Нитрид галлия — это соединение, широко используемое в полупроводниках в бытовой электронике от светодиодных светильников до игровых приставок. Чтобы быть полезными в устройствах, которые должны обрабатывать значительно больше энергии, чем в повседневных домашних развлечениях, однако, нитрид галлия нужно по-новому манипулировать на атомном уровне.
Нитрид галлия, легированный бериллием
«В отрасли силовой электроники растет спрос на полупроводниковый нитрид галлия. Для создания электронных устройств, которые могут обрабатывать объемы энергии, требуемые, например, в электромобилях, нужны структуры на основе полупроводниковых полупроводников большой площади со свойствами, которые позволяют минимизируя потери мощности и способно эффективно рассеивать тепло. Для этого добавление бериллия в нитрид галлия — или «допинг» — показывает большие перспективы », — объясняет профессор Филип Туомисто из Университета Аалто.
Эксперименты с допированием бериллия были проведены в конце 1990-х годов в надежде, что бериллий окажется более эффективным в качестве легирующего агента, чем преобладающий магний, используемый в светодиодных лампах. Однако работа оказалась безуспешной, и исследования по бериллию были в значительной степени отброшены.
Исследователи из Университета Аалто, работая с учеными в Техасе и Варшаве, теперь смогли продемонстрировать — благодаря достижениям в области компьютерного моделирования и экспериментальной техники — бериллий действительно может выполнять полезные функции в нитриде галлия. Статья, опубликованная в « Physical Review Letters»,показывает, что в зависимости от того, нагревается или охлаждается материал, атомы бериллия будут переключаться по положению, изменяя их природу как донорных, так и принимающих электронов. «Наши результаты дают ценные знания экспериментальным ученым об основах того, как бериллий меняет свое поведение во время производственного процесса, а во время его — при высоких температурах — легированное соединение функционирует очень по-другому, чем конечный результат», — описывает Туомисто.
Если легированные бериллием структуры нитрида галлия и их электронные свойства могут полностью контролироваться, силовая электроника может перейти в совершенно новую сферу энергоэффективности.
«Величина изменения энергоэффективности может быть такой же, как когда мы перешли к светодиодным лампам от традиционных ламп накаливания. Можно было бы сократить глобальное энергопотребление до десяти процентов за счет снижения энергетических потерь мощности систем распределения », — говорит Туомисто.


Еще интересно почитать: