美国纽约州立大学布法罗分校研制出击穿电压达到1850V的氧化镓晶体管，有望在改善电动汽车，太阳能和其他形式可再生能源方面发挥关键作用，如可使电动汽车提高能量输出的同时，保持车身的轻量化和流线化设计。研究成果发表在《IEEE电子器件快报》9月刊。
图为美国布法罗大学所研制的晶体管阵列的光学显微镜图像。三个暗箭头是针探对晶体管进行电测量。（来源：布法罗大学）
目前使用最广泛的半导体材料是硅。多年来，科学家一直依赖其实现对电子设备中更大功率的控制。但科学家们已无法扩大挖掘硅作为半导体材料的能力，转而探索其他材料，如碳化硅，氮化镓和氧化镓。虽然氧化镓的导热性差，但其带隙（约4.8eV）超过碳化硅（约3.4eV），氮化镓（约3.3eV）和硅（1.1eV）。
该研究的主要作者、布法罗大学工程与应用科学学院电气工程副教授Uttam Singisetti博士说，“为了推进这些技术，我们需要具有更强大和更有效的功率电子元器件。氧化镓开辟了我们用现有半导体无法实现的新可能性。”
Singisetti和其学生Ke Zeng和Abhishek Vaidya制造了一个由5微米宽的氧化镓制成的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），约为一张纸厚度的1/20。采用高带隙材料制成的器件可以比由带隙较低材料制成的器件更薄，更轻，功率处理能力更强。此外，高带隙材料可经受更高的温度，减少对庞大冷却系统的需求。
研究人员表示，该晶体管的击穿电压为1850伏，是氧化镓半导体器件现有记录的二倍多，如视频所示。击穿电压越高，器件可以处理的功率越大。
Singisetti表示，由于晶体管的尺寸相对较大，因此不适合智能手机和其他小型设备，但可用于调节大规模运营中的能量流，如太阳能和风能发电厂，以及包括汽车，火车和飞机在内的电动交通工具中。
Singisetti说：“一直以来我们通过使用更多的硅来提高晶体管的功率处理能力，但这会增加更多的重量，降低效率。使用氧化镓可在材料用量更少的情况下达到并超过硅基器件性能，带来更轻，更省油的电动汽车。”然而，要实现这一目标，必须解决一些挑战，特别是，必须克服氧化镓低导热性的缺点。
Ke Zeng et al. 1.85 kV Breakdown Voltage in Lateral Field-Plated Ga2O3 MOSFETs,IEEE Electron Device Letters (2018).
DOI: 10.1109/LED.2018.2859049
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