氮化镓晶体管有望成新“半导体之王” 几乎可实现电力转换的“零损失”

美国康奈尔大学的研究人员制成了一种高效低耗的氮化镓晶体管，有望在短期内取代硅晶体管，成为电力应用中的“半导体之王”。相关的研究报告发表在近期出版的《应用物理快报》上。

作为康奈尔大学工程系教授莱斯特·伊士曼的研究生，石俊夏（音译）等人研发出了基于氮化镓的晶体管设备，即一种新型的电子转换器。氮化镓晶体管耐高温，其频率和功率特性远高于硅和碳化硅等常用的半导体器件，可为笔记本电脑、海洋驱逐舰和其他电力系统等提供高效稳定的电力来源。此外，氮化镓晶体管还能适用于混合动力汽车所需的特殊电路，将电池中的直流电转换为用于电机驱动的交流电。

这种新型晶体管设备的电阻比当前广泛使用的硅基电力设备低10倍至20倍，能够有效地减少电力的损失。此外，它还具有很高的击穿电压（即在发生崩溃前，可施加在某种材料上的电压总量），并能够在不出故障的情况下处理每厘米300万伏的电压，而硅基晶体管设备仅能处理每厘米25万伏的电压。

伊士曼和同事已对氮化镓化合物进行了长达10年的研究。他表示，提升电力利用效率的核心在于制成能够在高电压和高强度电流之间转换的设备，从而将电力的损耗降至最低。“之前没有哪种电子设备能够兼顾处理高强度电流和高电压，而我们做到了。”伊士曼如是说。

伊士曼表示，在下一代的电力设备中，人们都将致力于探索降低电力损耗的方式，以保证输入和输出的电力差额最小化。而氮化镓材料是研究团队至今所知的最佳选择，其几乎可以做到电力转换的“零损失”。

目前石俊夏和伊士曼等研制的氮化镓设备已经拿到了暂时的专利，位于纽泽西的维洛克斯公司和摩托罗拉下属的飞思卡尔公司也为这项研究提供了相当的资助，并有望尽快促成这一设备的大规模生产。