8月15日,宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组已经展示了如何通过将半导体材料从硅转换为氮化镓,来去除大部分具有成本效益的电力电子器件,从而完全避免从交流电转换为直流电。


新型氮化镓半导体材料可以降低交流电LED价格


通过将LED驱动器直接集成在氮化镓芯片上,可以显着降低生产和维护成本。现在,电力电子设备有三个主要任务:首先是将交流电转换为直流电,部分是为了确保稳定,均匀的电压,另一部分是为了将电压降低到大约12伏的LED友好水平。新的氮化镓芯片可确保交流电流中的电压均衡,而不是完全转换为直流电,同时使用LED驱动器将电压降至12伏。研究人员认为这样是可行的,因为该设备构建为电压不断降低的矩阵。


低亮度的质量波动


尽管该技术已经到位,但新的氮化镓芯片尚未为消费者做好准备。


通过使用带有新原型芯片的白色LED灯,研究人员已经能够生产出89流明的LED灯,即亮度略低于平常的LED灯泡。由于芯片仅校正交流电压而不是完全转换为直流电,因此光的质量也会波动,因为还不可能实现完全稳定的电压。因此,新研究背后的研究人员表示,新的半导体芯片最初可能最适合户外照明,因为其中低成本比照明质量更重要。


新型氮化镓半导体材料可以降低交流电LED价格


许多人认为氮化镓是即将接替硅的主导地位的两种新半导体材料之一。其中一种是碳化硅(SiC),特别是预期它将从电动汽车和其他大型电子产品中获益,而氮化镓旨在在较小的电子产品(如LED照明)中发挥更大的作用。


两种半导体材料的区别在于更有效地转换能量。“氮化镓是一种相对较新的材料,技术最近才成熟,因此集成在单个芯片上也是一个非常新的想法,” IEEE Spectrum芯片团队表示。


氮化镓


正是因为新的半导体材料相对未经测试,原材料生产也不稳定并且仍然比硅略贵,这导致许多电子制造商(例如汽车制造商)停止更换半导体材料。而特斯拉是汽车行业中唯一一家在电力电子领域使用Sic模块的公司之一。


对于氮化镓,迄今为止的挑战是要么需要专门的LED结构来使用这种材料,要么制造商必须将自己投入到非常昂贵的生产方法中。因此,这也是宾夕法尼亚科学家已经搅拌的制备氮化镓芯片的方法。


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但美国科学家现在应该开发出一种经济上可行的方法。为了制造具有硅的芯片,目前使用湿化学蚀刻来从半导体材料中去除材料,例如用氢氟酸。但是氮化镓是一种极硬的材料,因此湿法蚀刻在新型半导体材料上没有得到最佳的效果。


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相反,已经尝试过的等离子蚀刻,这是一种干法,但是研究人员也遇到了问题。因为该过程被发现在半导体表面上留下缺陷。虽然等离子体蚀刻可用于基本蚀刻,但湿法蚀刻已能够消除干等离子体蚀刻无法处理的缺陷。


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