科学家一直依赖它来操纵电子设备中更大的功率

你如何将更多的动力装入电动汽车?

答案可能是由氧化镓制成的电子晶体管，这可以使汽车制造商提高能量输出，同时保持车辆轻量化和简化设计。

最近的一项进展报告发表在9月份的IEEE Electron Device Letters杂志上 - 说明这种不断发展的技术如何在改善电动汽车，太阳能和其他形式的可再生能源方面发挥关键作用。

“为了推进这些技术，我们需要具有更强大和更高效功率处理能力的新电子元件，”该研究的主要作者Uttam Singisetti博士说，他是UB工程与应用科学学院电气工程副教授。“氧化镓开辟了我们用现有半导体无法实现的新可能性。”

最广泛使用的半导体材料是硅。多年来，科学家一直依赖它来操纵电子设备中更大的功率。但科学家们已经没有办法将硅作为半导体最大化，这就是为什么他们正在探索其他材料，如碳化硅，氮化镓和氧化镓。

虽然氧化镓具有差的导热性，但其带隙(约4.8电子伏特)超过碳化硅(约3.4电子伏特)，氮化镓(约3.3电子伏特)和硅(1.1电子伏特)。

带隙测量将电子摇动到导电状态所需的能量。使用高带隙材料制成的系统可以比由带隙较低的材料制成的系统更薄，更轻，并且处理更多功率。此外，高带隙使得可以在更高的温度下操作这些系统，从而减少对庞大的冷却系统的需求。

Singisetti和他的学生(Ke Zeng和Abhishek Vaidya)制造了一个由5微米宽的氧化镓制成的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。一张纸约100微米宽。

研究人员表示，该晶体管的击穿电压为1,850伏，比氧化镓半导体的记录增加了一倍多。击穿电压是将材料(在这种情况下为氧化镓)从绝缘体转换为导体所需的电量。击穿电压越高，器件可以处理的功率越大。

Singisetti表示，由于晶体管的尺寸相对较大，因此不适合智能手机和其他小型设备。但它可以用于调节大规模运营中的能量流，例如收获太阳能和风能的发电厂，以及包括汽车，火车和飞机在内的电动汽车。

“我们通过添加更多的硅来提高晶体管的功率处理能力。不幸的是，这会增加更多的重量，从而降低这些设备的效率，”Singisetti说。“氧化镓可以让我们在使用更少的材料时达到并最终超过硅基器件。这可能会导致更轻，更省油的电动汽车。”

然而，要实现这一目标，必须解决一些挑战，他说。特别是，必须设计基于氧化镓的系统以克服材料的低导热性。