我們假設(shè)我們正在接近硅基電力電子產(chǎn)品的性能極限。研究人員現(xiàn)在通過開發(fā)一種小型硅絕緣柵雙極晶體管(IGBT)來克服這一信念，該晶體管克服了以前的性能限制。它們的小型IGBT在工作電壓僅為5 V時顯示穩(wěn)定的開關(guān)，其驅(qū)動電路的功耗僅為15 V工作的傳統(tǒng)IGBT的10%。

進一步提高功率電子器件中硅基元件的功率轉(zhuǎn)換效率的難度似乎表明我們正在達到該技術(shù)潛在進步的極限。然而，由東京大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組最近通過開發(fā)超過先前性能限制的功率開關(guān)器件來挑戰(zhàn)這一觀點，這說明硅技術(shù)仍然可以進一步優(yōu)化。研究人員開發(fā)了一種改進的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，這是一種用于電源轉(zhuǎn)換的開關(guān)，用于切換約600至6500 V的高壓。

為了設(shè)計他們的IGBT，該團隊使用了縮放方法。他們的縮放模擬顯示，將IGBT的一部分縮小到其原始尺寸的三分之一可以將其工作電壓從15 V降低到僅5 V，并大幅降低其驅(qū)動功率。

“我們的IGBT縮放方法基于與傳統(tǒng)微電子技術(shù)相似的概念，并表明工作電壓為5 V的IGBT應(yīng)該是可行的，”Takuy??a Saraya說。“但是，我們認為5 V的驅(qū)動電壓可能太低而無法超越意外的噪音水平并確?？煽窟\行。”

為了驗證他們的模擬結(jié)果，研究人員在東京大學(xué)的專業(yè)潔凈室中制造了額定電壓為3300 V的IGBT，然后對其性能進行了評估。值得注意的是，IGBT在僅為5 V的工作電壓下實現(xiàn)了穩(wěn)定的開關(guān)。這是首次在5 V下實現(xiàn)IGBT開關(guān)。

在工作電壓僅為5 V時表現(xiàn)出穩(wěn)定性能的IGBT極具吸引力，因為驅(qū)動電路的功耗僅為15 V工作的傳統(tǒng)IGBT的10%左右。盡管降低了功率轉(zhuǎn)換效率，但功率轉(zhuǎn)換效率也有所提高工作電壓。這種低工作電壓也與標準電子處理兼容，這將有助于IGBT驅(qū)動電路與其他電子器件的集成。

“IGBT是重要的電力電子元件，”Toshiro Hiramoto解釋道。“我們的微型IGBT可以進一步發(fā)展更小，功率轉(zhuǎn)換效率更高的先進電力電子產(chǎn)品。”

IGBT存在于電子產(chǎn)品中，包括電動火車和車輛，家用立體聲系統(tǒng)和空調(diào)。因此，改進的IGBT具有低驅(qū)動電壓和高功率轉(zhuǎn)換效率，有望提高眾多電子產(chǎn)品的性能，有助于緩解現(xiàn)代社會不斷增長的能源需求。