Проект ZuGaNG: технология GaN для преобразователей напряжения
Под контролем института Фраунгофера проходит разработка преобразователей напряжения, построенных на базе усовершенствованной технологии нитрида галлия (GaN). Технология GaN позволит вырабатывать быстрые и энергетически эффективные, устойчивые к высокой температуре схемы.
Проект ZuGaNG нацелен на выпуск нового поколения продукции в сегменте силовой электроники. В рамках проекта учёные из ассоциации промышленности и исследователей разрабатывают высоковольтные транзисторы, основанные на эффективной полупроводниковой технологии GaN. Транзисторы будут использоваться в преобразователях напряжения. Проект спонсируется немецким федеральным министерством образования и исследований (BMBF). В ближайшие три года предполагается финансирование на сумму порядка $5.44 млн.
Достигнув успехов в прикладных технологиях, учёные стараются значительно повысить КПД преобразователей напряжения, а также снизить производственные затраты силовых GaN транзисторов на 50%. Высокая частота переключения новых компонентов способствует снижению потерь в преобразователях и повышению надёжности работы при высокой температуре. Физические свойства нитрида галлия, например, подвижность электронов и критический уровень напряжённости поля – способствуют выработке силовых транзисторов с большим сроком эксплуатации и повышенной надёжностью (в сравнении с традиционными полупроводниковыми ключами).
Доктор Патрик Уальтерайт, лидер проекта, отметил, что GaN транзисторы работают с высокой частотой импульсов, что позволяет упростить миниатюризацию схем. Уменьшается монтажный объём, снижаются требования по охлаждению, снижаются итоговые производственные и операционные расходы.
Учёные института Фраунгофера с партнерами по исследованиям и производству стараются разработать инновационные концепты дизайна, производства материалов и техпроцессов для выработки компонентов силовой электроники. Вскоре будут продемонстрированы рабочие параметры преобразователей напряжения, которые могут использоваться в нагревательных устройствах, домашней технике, производстве, электромобилях и возобновляемой энергетике. Силовые транзисторы могут способствовать экономии энергии в будущих схемах двигателей насосов стиральных машин и систем отопления, зарядных устройств электромобилей, генераторов плазмы и лазеров, фотоэлектрических панелей.
Помимо сборки демонстрационных образцов партнёры по проекту исследуют характеристики GaN транзисторов в надежде обнаружить взаимосвязь между производственным процессом с одной стороны и структурными, электрическими и температурными свойствами – с другой. Более того, их целью является дальнейшая оптимизация технологии в направлении повышения надёжности и устойчивости компонентов. Это позволит перейти к промышленному производству транзисторов.
Инновационный подход для сокращения производственных затрат, среди прочего, обусловлен интеграцией GaN транзисторов в производственные линии технологии CMOS. Такой шаг ведёт к эффективному по затратам серийному производству. В будущем учёные намерены сочетать потенциальные возможности интеграции технологии CMOS и высокую плотность мощности, а также надёжность компонентов на базе нитрида галлия. Таким образом, открываются многообещающие перспективы для оптимизированной силовой электроники на базе технологии GaN.
В проект вовлечены лидирующие производители и исследовательские институты. Среди них: Robert Bosch, TRUMPF Hüttinger, KACO, X-FAB, Lewicki, EDC, Институт Фраунгофера (ISIT), Институт Фердинанда Брауна, Университет Эрлангена — Нюрнберга, университеты Ройтлингена и Магдебурга.
Подписаться на почтовую рассылку / Авторам сотрудничество