欧洲HiPoSwitch项目为高效快速的氮化镓（GaN）功率变换器开发了一种新型的氮化物晶体管。

该项目Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Hoechstfrequenztechnik领导，并与欧洲中部的8个工业与研究单位合作。

“GaN组件具有可忽略不计的低通态电阻，可作为高效快速的功率变换器。而且，更高开关频率的功率变换器允许使用更小尺寸的元件。”

节能紧凑型功率功率变换器结构：HiPoSwitch项目开发的硅基底上的GaN晶体管。图片来源：© FBH/P. Immerz

快如闪电的电源开关需要使用紧凑型、轻质量、高效节能的功率变换器。变换器广泛应用于电子设备上，因此任何可提供效率效益的新设计都能获得巨大的市场价值。

包括电脑、智能手机以及led照明在内的绝大多数电子设备都无法承受正常电压，除非将其由交流电转换成直流电。恰恰相反，在太阳能逆变器和其他类似设备中，需要将太阳能电池板产生的直流电转换成交流电。功率晶体管是功率转换器进行这些转换的重要组成部分。

作为HiPoSwitch项目的一部分，已经开发出的快如闪电的半导体开关使得功率变换器的工作效率更高。使用新型GaN晶体管的功率转换器能够达到98%的转换效率，相比于传统的硅材料可减少50%以上的损耗。这种晶体管的使用有助于节约大量的一次能源。

HiPoSwitch项目负责人、位于FBH的GaN电子商务区负责人Joachim Würfl如此解释：

“每年欧洲发电超过3000太瓦时。仅将欧洲一季度的发电效率提升2%，将可以关闭至少两个燃煤发电厂。

“GaN组件具有可忽略不计的低通态电阻，可作为高效快速的电源开关。而且，更高开关频率的功率变换器允许使用更小尺寸的元件（包括电容和电感线圈）。

“过去，GaN主要用于碳化硅（SiC）基底中的层状薄膜和微波晶体管。虽然很有用，但对于大众市场而言过于昂贵。

“开发更具有性价比的SiC加工成为一种替代选择，然而在硅基底上更具技术挑战。”

The Ferdinand-Braun-Institut. 图片来源：© FBH/schurian.com

材料研究至系统制造的协作

该项目取得的进展是各合作单位间配合完美的结果。维也纳大学（University of Vienna）和帕多瓦大学（University of Padua）进行降解和漂移效应的最初研究，为FBH优化GaN开关的加工提供数据，使得组件达到了几乎匹配理论模型程度的性能。

接着，马来西亚的Infineon将晶体管芯片最后组装到低感应的ThinPak外壳上。设备制造商Aixtron和比利时EpiGaN公司将其外延到硅上。如此一来，基板的制造成本节省了十倍以上。

晶片直径由6寸增加到8寸，这也有助于在工业规模生产中提高经济效益。芯片制造商Infineon提供了一条工业级的硅功率半导体生产线。

“单个晶体管的尺寸只有4.5x2.5 mm，可优化切换600V电压，其电阻为75mΩ，最大能承受120A的电流。目前，我们是欧洲唯一能生产这类正常切断晶体管的。

——Joachim Würfl”

鉴于实现GaN功率晶体管工艺和技术的新颖性，Würfl认为该项目的某些部分具有一定的“探索性”。用于半导体生产的方法在斯洛伐克布拉迪斯拉发科学院（Academy of Sciences in Bratislava, Slovakia）和维也纳大学进行测试。

奥地利的Artesyn是该项目的系统级合作单位。Artesyn为蜂窝基站设计开发了3KW的整流器及其他通讯应用设备。该整流器将线路电压转换为直流电的效率高达98%。与GaN开关晶体管特性想匹配的切换结构也已被开发。

节能功率变换器已被广泛应用，具有巨大的市场潜力。由于其质量轻、体积小，在航天航空领域也有相当应用。

欲了解更多关于该项目的信息，请浏览HiPoSwitch网站。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮