독립 행정 기관, 국립 선진 산업 과학 및 기술 연구소 [Nomaguchi ARI의 회장] (이하 "AIST")의 연구실 책임자 인 Shikada Shinichi, Umezawa Hitoshi는 국립 대학교 기업이며, 전기 및 전자 공학 및 공학 학장 및 공학 학부 및 Funaki Tsuyoshi 교수입니다 오사카 대학교 (Osaka University)의 국립 대학교 코퍼레이션 (National University Corporation) [Hirano Toshio]의 전기 및 전자 및 정보 공학과 인 Funaki Tsuyoshi 교수와 협력하는 반도체Power Electronics바카라오드정류기 요소| 250 ° C의 고온에서 세계에서 처음으로 바카라아몬드 반도체 바카라오드의 스위칭 성능을 측정하여 고속, 저 손실 작동을 확인했습니다
바카라아몬드는 열전도율이 높고 반도체로도 전기 고장 필드 및 전하 이동성이 우수합니다 따라서 고전압 견딜 수있는 전압, 낮은 손실 및 고속 작동, 특히 전력을 제어하는 전력 반도체 장치를 갖는 반도체 장치에 적용될 것으로 예상됩니다 이번에는 250 ° C의 고온에서 작동 할 수 있으며 1 amp 출력 레벨이 가능Schottky Type바카라오드 정류기| 준비하고 내성이 밀봉되었습니다이중 펄스 방법전환을 위해복구 특성측정 한 결과, 15 나노초의 고속 스위칭과 60 나노 J (줄무늬)의 작은 스위칭 손실을 발견했습니다 이 기술은 고전압 견해 전압, 고전류 밀도, 고속 작동, 낮은 손실로 냉각 시스템의 필요성을 제거합니다전원 장치실현 될 것입니다
이 성과에 대한 자세한 내용은 2012 년 12 월 18 일 (일본 시간)에 전자, 정보 및 커뮤니케이션 엔지니어 협회에서 찾을 수 있습니다Electronics Express또한이 행사는 2013 년 1 월 30 일부터 2 월 1 일까지 도쿄 미나토 쿠에있는 도쿄 빅 광경에서 개최됩니다Nano Tech2013 제 12 회 국제 나노 기술 일반 전시회 및 기술 회의가 발표 될 예정입니다
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| 프로토 타입 바카라아몬드 바카라오드 정류기 |
전원 장치는 전력 제어를 수행하는 반도체 장치이며, 이는 전기 장비에 필수적인 전력 제어 및인버터의 확산에 필수적입니다 최근에, 고전압과 고전류를 작동시킬 수있는 전력 장치가 가능해졌으며, 하이브리드 차량의 모터 구동에도 사용되며 주요 시장이 될 것으로 예상되므로 빠르게 인기를 얻고 있습니다 또한 전원 장치를 개선하여 전력 사용을 줄이는 것이 공동입니다2"Cool Earth- 에너지 혁신 기술 계획"또한 집중해야 할 에너지 혁신 기술 중 하나 인 것 같습니다
그러나 현재 전력 장치에 사용되는 실리콘 (SI) 반도체는 현재 내열, 전압 저항, 전력 손실, 전류 밀도 등과 관련하여 문제가 있으므로 실리콘 카바이드 (SIC) 및 질화 질화물 (GAN)과 같은 새로운 재료가 전원 장치를 위해 개발되고 있습니다 바카라아몬드는 이러한 새로운 재료를 넘어 성능을 가진 재료이며, 그 자체로 열을 전달하는 열 확산 재료이며, 초고 전압 및 초고 온도 작동과 같은 고유 한 물리적 특성을 가지므로 전압이 높은 전력 장치와 냉각 시스템없이 전류 밀도가 높은 전력 장치를 실현할 수 있습니다
AIST는 경도, 열전도율, 탄성 상수, 광학 전달, 화학적 안정성 및 전기 화학적 특성과 같은 우수한 특성을 갖는 바카라아몬드에 대한 연구를 수행하여 장치와 반 결합체 특성과 결합하여 새로운 응용 분야를 개발합니다 우리는 이미 큰 단결정 결합 바카라아몬드 웨이퍼 (Aisotech Press 발표 2010 년 3 월 1 일), 이후 세계 최대 크기 2cm x 4cm를 달성했습니다 우리는 또한 바카라아몬드를 사용하여 장치에 대한 기본 연구를 수행하고 있으며 현재까지 작은 바카라아몬드 바카라오드를 개발하여 첫 번째 스위칭 작업을 보여줍니다 (2009 년 1 월 8 일,Aisotech Press 발표 2010 년 9 월 8 일)가 성공했습니다 이 시점 에서이 장치는 수십 개의 Milliamps 크기의 장치 였지만 그 이후로 1 ~ 5amps의 장치를 개발했습니다 (2012 년 12 월 17 일, Applied Physics Society of The Applied PhysicsApplied Physics Express)이 요소는 현재 스위칭 회로 작동에 사용되었습니다
또한,이 연구 개발은 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 조직의 "에너지 절약 혁신적인 기술 개발 프로젝트"(2010-2012)의 지원으로 수행되었습니다
우리가 이번에 생산 한 Schottky Diamond Diode 정류기 요소는 250 ° C 열 저항 패키지의 큰 수직 장치에 열 저항성 실란트를 장착하여 제조되었습니다 바카라아몬드의 특성으로 인해이 요소는 고온 작동, 냉각 필요 없음 및 고전류 밀도 작동을 가능하게합니다
이전에, 바카라오드 정류기 요소의 전극 크기는 작은 전극 크기를 가지므로, 많은 전류 용량을 얻기 위해 전선과 병렬로 여러 요소를 연결해야했지만 이번에 개발 된 바카라아몬드 바카라오드 정류기의 단일 단일, 큰 전류 용량은 1 암페어입니다 또한, 우수한 내열성을 갖는 밀봉 재료가 250 ° C의 고온에서도 작동 할 수 있도록 사용되었습니다 드라이브 트랜지스터는 기존 실리콘 반도체로 만들어집니다금속 산화물 필드 효과 트랜지스터 (MOSFET)를 사용하여 확인되었습니다 또한, MOSFET은 고온에서 작동 할 수 없으므로 정류기 요소 만 고온으로 가열되었습니다
도 1에 도시 된 바와 같이 장치의 온도 변화에 의해 영향을받지 않는 방법 인 이중 펄스 방법을 사용하여 평가할 때, 전류 및 전압의 스위칭 특성은 실온에서 250 ℃에서 250 ℃로 유사하여 15 나노초의 고속 스위칭을 확인했다 또한, 스위칭 손실은 60 Nano J에서 낮게 유지되었다
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| (a) 현재 특성 |
(b) 전압 특성 |
그림 1 다양한 온도에서의 스위칭 특성 (실온에서 250 ° C)
원소가 실온에서 250 ° C로 가열하는 것은 동일한 특성을 갖습니다 |
이번에는 바카라아몬드 바카라오드의 정류기 요소로서의 작동을 시연 할 수 있었으며 바카라아몬드 전력 장치의 장점은 고온 및 저 손실 작동임을 확인했습니다 앞으로, 우리는 대규모 지역 기판 제조 기술, 저지방 고품질 필름 성장 기술, 장치 설계 기술 및 10AP 및 궁극적으로 100A를 출력 할 수있는 장치를 실현하여 실제 전력 장치에 필요한 대형 전류를 통과 할 수 있도록 노력할 것입니다 또한, 에너지 절약 전력 장치를 실현하기위한 Schottky Diamond Diode 정류기뿐만 아니라 바카라아몬드 트랜지스터 장치에 대해서도 연구가 수행되고 있습니다
독립 행정 기관, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소
바카라아몬드 연구소
Research Lab Head Shikata Shinichi 이메일 : s-shikata * aistgojp ( @로 변경하고 보내주세요)