电网采用氮化镓？电压高达6400V

3月15日，桑迪亚（Sandia）国家实验室官网称，他们开发了一款氮化镓器件，工作电压高达6400V，能够在十亿分之一秒内分流多余的电力，因此可以让电网免受电磁脉冲（EMP）损坏。

这款器件是GaN基垂直二极管，尺寸为0.063 mm2，差分导通电阻仅为10.2mΩ·cm2。

3月10日，该团队在科学期刊《IEEE Transactions on Electron Devices》上公布了他们设备的制造和测试结果。该项目由ARPA-E资助，参与该项目还有斯坦福大学、国家标准与技术研究所、EDYNX 和 Sonrisa Research。

不过，6400V只是该团队的“小目标”，由于大多数电网配电电子设备的工作电压约为1.3万伏，他们的最终目标是制造电压高达2万伏的氮化镓器件，为电网提供浪涌保护。

他们表示，电磁脉冲引起的电压浪涌，比闪电引起的电压浪涌还要快100倍，如果一旦发生电磁脉冲，这将损坏电网变压器，需要几个月时间进行更换。而他们的这款氮化镓二极管器件可保护电网免受电磁脉冲影响。

我们先来看看他们是如何做到的。

据介绍，Sandia团队采用化学气相沉积工艺，来“生长”氮化镓半导体层，以制造这款器件。

其制造步骤包括：

● 首先，将市售的氮化镓晶片加热到大约1800华氏度，再添加包含镓和氮原子的蒸气，在晶片表面形成结晶氮化镓层。

● 通过调整成分和“烘焙”工艺，可以生产出具有不同电气特性的层。之后用特定顺序构建这些层，并结合蚀刻和添加电触点等加工步骤，生产出具有所需电压性能的器件。

为实现6400V电压目标，该团队的第一个大挑战是将氮化镓外延层生长得更厚，缺陷更少。据介绍，这些氮化镓器件的漂移区厚度约为50微米，净掺杂在低于1015cm-3范围。

第二个大挑战是在整个生长过程中要保持极低密度的晶体缺陷，特别是半导体材料中的杂质或缺失原子，这样才能制造工作电压极高的器件。

除了电网外，Sandia氮化镓二极管器件还可以用于其他领域，其中包括电网智能变压器、太阳能逆变器，甚至是电动汽车充电基础设施等。

来源：第三代半导体风向