德國(guó)研究者實(shí)現(xiàn)能耗減半：可再生能源、電信和照明系統(tǒng)受益于新型半導(dǎo)體材料

21ic訊 新型半導(dǎo)體材料意味著個(gè)人電腦、平板電視、服務(wù)器和電信系統(tǒng)所采用的開關(guān)模式電源可降低50%能耗，讓太陽(yáng)能逆變器變得更加緊湊，成本效益更高。由英飛凌科技股份公司主導(dǎo)的“NeuLand” 研究項(xiàng)目的合作公司開發(fā)出高度集成式組件和電子電路，可將電路中的能耗降低35%，這在持續(xù)開展的研究活動(dòng)的測(cè)試期間就已實(shí)現(xiàn)。NeuLand項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦教研部(BMBF)資助，提供的資金總計(jì)約470萬(wàn)歐元。

能耗減半的關(guān)鍵點(diǎn)

能耗減半的關(guān)鍵點(diǎn)是采用半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)與硅基氮化鎵(GaN-on-Si)，憑借這些材料的電子屬性可設(shè)計(jì)出緊湊且高效的功率電子電路。目前英飛凌已在其JFET和600V至1700電壓等級(jí)的二極管中使用了碳化硅材料。這些功率半導(dǎo)體主要用于個(gè)人電腦或電視的開關(guān)模式電源系統(tǒng)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)中。今后此類半導(dǎo)體還可能在太陽(yáng)能逆變器設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。相應(yīng)地，今后太陽(yáng)能逆變器也將獲益匪淺。

在NeuLand項(xiàng)目開始前，碳化硅是非常昂貴的一種晶圓材料。得益于NeuLand研究項(xiàng)目的開展，現(xiàn)在生產(chǎn)碳化硅的廠商增加，相關(guān)的可行應(yīng)用也在增多。該項(xiàng)目的合作公司已展示出功率電子的效率可通過(guò)使用碳化硅和氮化鎵基組件得以提高至少三分之一。例如，太陽(yáng)能逆變器因材料成本大幅降低而受益，同時(shí)其效率絲毫未受影響，這使其具有更高的性價(jià)比。不過(guò)，相關(guān)結(jié)果也顯示碳化硅組件的成本在太陽(yáng)能逆變器大規(guī)模應(yīng)用中將需要進(jìn)一步降低，對(duì)于氮化鎵基組件需要對(duì)其可靠性、使用壽命和成本做進(jìn)一步深入研究。

AIXTRON為半導(dǎo)體生產(chǎn)提供設(shè)備，晶圓生產(chǎn)商SiCrystal已投入碳化硅的生產(chǎn)。而半導(dǎo)體生產(chǎn)商英飛凌則對(duì)功率半導(dǎo)體器件和碳化硅及氮化鎵基組件的生產(chǎn)流程展開研究，SMA太陽(yáng)能科技公司則提供太陽(yáng)能領(lǐng)域的系統(tǒng)技術(shù)專業(yè)知識(shí)。通過(guò)NeuLand項(xiàng)目，各個(gè)合作伙伴在涵蓋價(jià)值創(chuàng)造鏈的一大領(lǐng)域、面向未來(lái)的碳化硅和氮化鎵技術(shù)上得以進(jìn)一步提升他們?cè)诟髯灶I(lǐng)域的專業(yè)水準(zhǔn)。

NeuLand是源自德語(yǔ)的縮略詞，代表“基于寬帶隙復(fù)合半導(dǎo)體的高能效和高成本效益型創(chuàng)新功率器件”。該研究項(xiàng)目為期三年，由BMBF資助，是德國(guó)聯(lián)邦政府項(xiàng)目“IKT 2020 ——創(chuàng)新研究”中“能效提升型功率電子”(LES)倡議的組成部分。IKT 2020項(xiàng)目的目標(biāo)是進(jìn)一步提升德國(guó)在電子技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。