Модуль из шести кристаллов оксида галлия в импульсах коммутирует 1000 А при 1000 В: команда HKU

Команда под руководством Гонконгского университета создала корпусированный силовой модуль из шести оксидно-галлиевых ключей, который многократно коммутировал в импульсах 1000 В и 1000 А, сообщает Nature Communications. Авторы описывают его как первый корпусированный многокристальный силовой модуль на сверхширокозонном полупроводнике. По их данным, он повышает мощность сверхширокозонной электроники более чем на два порядка nature.comNature Communicationsnature.comОткрыть источник ↗.

Сочетание 1000 В и 1000 А соответствует примерно мегаватту пиковой мощности во время импульсов. Это кратковременный показатель: непрерывная работа на таком уровне создала бы иную задачу охлаждения. Прежние дискретные сверхширокозонные приборы достигали коммутируемой мощности до уровня киловатт.

Корпус и отвод тепла

Оксид галлия выдерживает сильные электрические поля, что подходит для высоковольтной техники, но отвод тепла из материала затруднён. Тепло, скапливающееся возле активной области ключа, ограничивает безопасный ток прибора. Команда переработала корпус по схеме flip-chip, сократив путь тепла наружу.

Также использован интерфейсный слой с высокой диэлектрической проницаемостью: он выравнивает электрическое поле и снижает нагрузку в уязвимых местах. По словам авторов, такая совместная электротепловая оптимизация кристалла и корпуса максимизирует переходные тепловые характеристики. Она позволяет использовать высокую объёмную теплоёмкость оксида галлия, которая в прежних разработках в основном оставалась незадействованной, а также его стабильность при высокой температуре nature.comNature Communicationsnature.comОткрыть источник ↗.

Результаты

Один корпусированный прибор проводил в импульсах 234 А при 1000 В. Он сохранял работоспособность при температуре выше 250 °C в той части кристалла, где течёт ток.

Модуль из шести приборов многократно коммутировал 1000 В и 1000 А с высокой скоростью и минимальным обратным восстановлением. Авторы сообщают об импульсной удельной мощности более 1,8 МВт/см², что, по их данным, выше, чем у кремниевых и широкозонных аналогов.

Как цели для дальнейшего наращивания мощности авторы называют промышленность, биомедицину, электрические сети и аэрокосмическую отрасль. Открытыми остаются вопросы, как долго модуль сохранит характеристики и можно ли стабильно выпускать такой корпус в большем масштабе. Для каждого применения также будут свои требования к надёжности и числу циклов коммутации nature.comNature Communicationsnature.comОткрыть источник ↗.