Скорость GaN и мощность SiC: экспериментальный супертранзистор обещает революцию в сфере зарядных устройств

Инженеры из Гонконгского университета науки и технологий в сотрудничестве с тремя другими китайскими научными институтами разработали новый тип транзистора на основе двух передовых полупроводниковых материалов — нитрида галлия (GaN) и карбида кремния (SiC). Это гибридное устройство, названное HyFET (Hybrid Field-Effect Transistor), объединяет лучшие свойства GaN и SiC, минимизируя их недостатки.

Ранее нитрид галлия и карбид кремния уже нашли широкое применение в силовой электронике благодаря ряду преимуществ по сравнению с традиционным кремнием. Они широко используются, например, в зарядных устройствах для электромобилей и гаджетов. Однако у каждого из этих материалов есть определённые недостатки, которые снижают эффективность приборов.

В частности, подвижность электронов в канале SiC-транзисторов невысока, что ограничивает их быстродействие. А для GaN характерно явление «динамического сопротивления в открытом состоянии», когда это сопротивление зависит от приложенного напряжения.

Гибридный транзистор HyFET позволяет взять самые сильные стороны обоих материалов. В этом устройстве высокоподвижные электроны в GaN-транзисторе контролируют работу мощного SiC-транзистора. Это даёт возможность добиться высокой частоты переключения (благодаря GaN) при сохранении способности блокировать напряжение в 600 В (благодаря SiC).

По словам Дебдипа Джены, профессора Корнеллского университета, «работа имеет большой потенциал и заслуживает внимания». Однако другие эксперты в области силовой электроники высказывают и более сдержанные оценки, отмечая, что гибридная технология существенно усложняет и удорожает производство, поскольку требует совмещения двух разных полупроводниковых техпроцессов в одном производственном цеху.

Кроме того, с развитием технологии GaN его характеристики могут настолько улучшиться, что отпадёт необходимость в подобных гибридных решениях. По словам профессора Калифорнийского университета Умеша Мишры, большинство преимуществ HyFET можно было бы получить и более дешёвым способом — просто упаковав GaN и SiC транзисторы в один корпус.

Тем не менее, создание первого в мире гибридного транзистора HyFET безусловно является впечатляющим техническим достижением. Прибор уже продемонстрировал очевидные преимущества перед аналогами, а дальнейшее совершенствование технологии лишь улучшит характеристики транзистора и сделает его практически применимым в сфере силовой электроники.