Forbliver tændt til siliciumbaseret elektronik

Vanskeligheden ved yderligere at øge effektkonverteringseffektiviteten af ​​siliciumbaserede komponenter i kraftelektronik synes at indikere, at vi er ved at nå grænserne for potentielle fremskridt inden for denne teknologi. Imidlertid, en forskergruppe ledet af University of Tokyo udfordrede for nylig denne opfattelse ved at udvikle en strømskifteenhed, der overgår tidligere ydeevnegrænser, illustrerer, at siliciumteknologien stadig kan optimeres yderligere. Forskerne udviklede en forbedret isoleret gate bipolær transistor (IGBT), som er en type afbryder, der bruges i strømkonvertering til at skifte højspænding på omkring 600 til 6500 V.

For at designe deres IGBT, holdet brugte en skaleringstilgang. Deres skaleringssimuleringer afslørede, at nedskalering af en del af en IGBT til en tredjedel af dens oprindelige størrelse kunne sænke dens driftsspænding fra 15 V til kun 5 V og reducere dens drivkraft væsentligt.

"Vores IGBT-skaleringstilgang var baseret på et lignende koncept som det, der bruges i traditionel mikroelektronik og indikerede, at en IGBT med en driftsspænding på 5 V skulle være mulig, " siger Takuya Saraya. "Men, vi troede, at en kørespænding på 5 V kunne være for lav til at overgå det uventede støjniveau og sikre pålidelig drift."

For at verificere deres simuleringsresultater, forskerne fremstillede deres IGBT med en nominel spænding på 3300 V i et specialiseret renrum på Tokyo University og vurderede derefter dens ydeevne. Især IGBT opnåede stabil kobling ved en driftsspænding på kun 5 V. Dette repræsenterer første gang, IGBT kobling er blevet realiseret ved 5 V.

En IGBT, der udviser stabil ydeevne ved en driftsspænding på kun 5 V, er ekstremt attraktiv, fordi strømforbruget af drivkredsløbet kun er omkring 10 % af det for en konventionel IGBT, der arbejder ved 15 V. Effektkonverteringseffektiviteten er også forbedret på trods af den lavere driftsspænding. En så lav driftsspænding er også kompatibel med standard elektronikbehandling, som vil hjælpe med integrationen af ​​IGBT-drevkredsløbene med anden elektronik.

"IGBT'er er vigtige kraftelektronikkomponenter, " forklarer Toshiro Hiramoto. "Vores miniaturiserede IGBT kan føre til videreudvikling af avanceret kraftelektronik, der er mindre og har højere effektkonverteringseffektivitet."

IGBT'er findes i elektronik lige fra elektriske tog og køretøjer til stereoanlæg og klimaanlæg. Derfor, den forbedrede IGBT med lav drivspænding og høj effektkonverteringseffektivitet viser løfte om at øge ydeevnen af ​​adskillige elektronik, bidrage til at afbøde det moderne samfunds stigende energibehov.