瑞士研发新型GaN晶体管耐压突破4000伏

瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的卢卡·马宗内（Luca Mazzone）及其团队成功研发出一种新型氮化镓（GaN）晶体管。该组件采用“本征极化超结”（iPSJ）结构，在低成本硅衬底上制备，击穿电压接近4000伏（4 kV），创下该技术领域的新纪录。同时，该晶体管保持低电阻特性，有助于减少以热量形式散失的能量损耗。

随着消费电子与电动汽车对快充需求的提升，半导体行业正积极寻求超越传统硅材料的解决方案，氮化镓成为当前焦点。然而，在极高电压下，常规GaN晶体管内部的电场会向特定点集中，导致过早失效，难以满足高压应用要求。当器件关闭时，电子被排出导电通道，留下未抵消的正电荷，这种电荷失衡会产生强电场并引发介电击穿。

为克服电荷失衡问题，研究团队通过调整材料厚度，使晶体管内部自然形成第二层正电荷，与原有的电子层并列分布。这一设计实现了全器件范围内正负电荷的动态平衡，使多余电荷不再局部堆积，电压得以均匀分布在晶体管内部。该创新结构使器件能够承受比目前商用GaN功率器件高逾五倍的电压（商用器件通常在600至650伏时发生崩溃）。

研究人员指出，该组件可在宽温域内稳定承受高电压，适用于电动汽车及工业电力系统。在这些应用场景中，电子元器件需在高温与高电气应力环境下保持可靠运行。