氮化鎵晶體管有望成新“半導體之王” 幾乎可實現電力轉換的“零損失”

美國康奈爾大學的研究人員制成了一種高效低耗的氮化鎵晶體管，有望在短期內取代硅晶體管，成為電力應用中的“半導體之王”。相關的研究報告發表在近期出版的《應用物理快報》上。

作為康奈爾大學工程系教授萊斯特·伊士曼的研究生，石俊夏（音譯）等人研發出了基于氮化鎵的晶體管設備，即一種新型的電子轉換器。氮化鎵晶體管耐高溫，其頻率和功率特性遠高于硅和碳化硅等常用的半導體器件，可為筆記本電腦、海洋驅逐艦和其他電力系統等提供高效穩定的電力來源。此外，氮化鎵晶體管還能適用于混合動力汽車所需的特殊電路，將電池中的直流電轉換為用于電機驅動的交流電。

這種新型晶體管設備的電阻比當前廣泛使用的硅基電力設備低10倍至20倍，能夠有效地減少電力的損失。此外，它還具有很高的擊穿電壓（即在發生崩潰前，可施加在某種材料上的電壓總量），并能夠在不出故障的情況下處理每厘米300萬伏的電壓，而硅基晶體管設備僅能處理每厘米25萬伏的電壓。

伊士曼和同事已對氮化鎵化合物進行了長達10年的研究。他表示，提升電力利用效率的核心在于制成能夠在高電壓和高強度電流之間轉換的設備，從而將電力的損耗降至最低。“之前沒有哪種電子設備能夠兼顧處理高強度電流和高電壓，而我們做到了。”伊士曼如是說。

伊士曼表示，在下一代的電力設備中，人們都將致力于探索降低電力損耗的方式，以保證輸入和輸出的電力差額最小化。而氮化鎵材料是研究團隊至今所知的最佳選擇，其幾乎可以做到電力轉換的“零損失”。

目前石俊夏和伊士曼等研制的氮化鎵設備已經拿到了暫時的專利，位于紐澤西的維洛克斯公司和摩托羅拉下屬的飛思卡爾公司也為這項研究提供了相當的資助，并有望盡快促成這一設備的大規模生產。