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碳化硅（SiC）器件的工作效率更高嗎？
發(fā)布時間：2021-02-08
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1. 引言
在電力電子領(lǐng)域，半導(dǎo)體是基于硅元素的，但碳化硅（SiC）的能源效率會更高。巴塞爾大學(xué)，Paul Scherrer研究所和ABB的物理學(xué)家在科學(xué)雜志《應(yīng)用物理學(xué)快報》上解釋了到底是什么阻止了硅和碳的這種結(jié)合的使用 。
能源消耗在全球范圍內(nèi)不斷增長；電力越來越受到依賴，諸如風(fēng)能和太陽能之類的可持續(xù)能源供應(yīng)變得越來越重要。然而，電力通常在遠離消費者的地方很長的距離內(nèi)產(chǎn)生。因此，高效的配電和運輸系統(tǒng)與變電站和變流器一樣至關(guān)重要，變電站和變流器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。
在二氧化硅和碳化硅之間的界面處，會出現(xiàn)不規(guī)則的碳環(huán)簇，這會擾亂電子功能。圖片來源：巴塞爾大學(xué)物理系/瑞士納米科學(xué)研究所
2. 節(jié)能
現(xiàn)代電力電子設(shè)備必須能夠處理大電流和高壓?，F(xiàn)在，由用于場效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體材料制成的電流晶體管主要基于硅技術(shù)。但是，相比于硅，使用SiC具有顯著的物理和化學(xué)優(yōu)勢：除了具有更高的耐熱性之外，這種材料還提供了明顯更高的能效，可節(jié)省大量能源。
眾所周知，碳化硅與絕緣材料二氧化硅之間的界面處的缺陷大達損害了這些優(yōu)點。這種損害是基于綁定在晶格中的微小，不規(guī)則的碳環(huán)簇而進行的，這是由瑞士納米科學(xué)學(xué)院的Thomas Jung教授以及巴塞爾大學(xué)和Paul Scherrer研究所的物理系的研究人員實驗證明的。使用原子力顯微鏡分析和拉曼光譜法，他們表明缺陷是通過氧化過程在界面附近產(chǎn)生的。
3. 實驗驗證
在高溫下碳化硅氧化成二氧化硅的過程中，形成了只有幾納米大小的干擾碳簇。博士生Dipanwita Dutta說：“如果在氧化過程中改變某些參數(shù)，我們會影響缺陷的發(fā)生?！?例如，加熱過程中的一氧化二氮氣氛導(dǎo)致明顯更少的碳簇。
實驗結(jié)果得到了巴塞爾大學(xué)物理學(xué)系和瑞士納米科學(xué)研究所的StefanG?decker教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊的證實。計算機模擬證實了通過實驗觀察到的石墨碳原子引起的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化。除了實驗之外，在缺陷的產(chǎn)生及其對半導(dǎo)體材料中電子流的影響方面也獲得了原子學(xué)的見解。
4. 更好地使用
“我們的研究為推動基于碳化硅的場效應(yīng)晶體管的進一步發(fā)展提供了重要的見識。因此，我們希望為更有效地利用電力做出重大貢獻?！?這項工作是作為應(yīng)用研究項目的納米Argovia計劃的一部分啟動的。
在電力電子領(lǐng)域，半導(dǎo)體是基于硅元素的，但碳化硅（SiC）的能源效率會更高。巴塞爾大學(xué)，Paul Scherrer研究所和ABB的物理學(xué)家在科學(xué)雜志《應(yīng)用物理學(xué)快報》上解釋了到底是什么阻止了硅和碳的這種結(jié)合的使用 。
能源消耗在全球范圍內(nèi)不斷增長；電力越來越受到依賴，諸如風(fēng)能和太陽能之類的可持續(xù)能源供應(yīng)變得越來越重要。然而，電力通常在遠離消費者的地方很長的距離內(nèi)產(chǎn)生。因此，高效的配電和運輸系統(tǒng)與變電站和變流器一樣至關(guān)重要，變電站和變流器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。
2. 節(jié)能
現(xiàn)代電力電子設(shè)備必須能夠處理大電流和高壓?，F(xiàn)在，由用于場效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體材料制成的電流晶體管主要基于硅技術(shù)。但是，相比于硅，使用SiC具有顯著的物理和化學(xué)優(yōu)勢：除了具有更高的耐熱性之外，這種材料還提供了明顯更高的能效，可節(jié)省大量能源。
眾所周知，碳化硅與絕緣材料二氧化硅之間的界面處的缺陷大達損害了這些優(yōu)點。這種損害是基于綁定在晶格中的微小，不規(guī)則的碳環(huán)簇而進行的，這是由瑞士納米科學(xué)學(xué)院的Thomas Jung教授以及巴塞爾大學(xué)和Paul Scherrer研究所的物理系的研究人員實驗證明的。使用原子力顯微鏡分析和拉曼光譜法，他們表明缺陷是通過氧化過程在界面附近產(chǎn)生的。
3. 實驗驗證
在高溫下碳化硅氧化成二氧化硅的過程中，形成了只有幾納米大小的干擾碳簇。博士生Dipanwita Dutta說：“如果在氧化過程中改變某些參數(shù)，我們會影響缺陷的發(fā)生?！?例如，加熱過程中的一氧化二氮氣氛導(dǎo)致明顯更少的碳簇。
實驗結(jié)果得到了巴塞爾大學(xué)物理學(xué)系和瑞士納米科學(xué)研究所的StefanG?decker教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊的證實。計算機模擬證實了通過實驗觀察到的石墨碳原子引起的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化。除了實驗之外，在缺陷的產(chǎn)生及其對半導(dǎo)體材料中電子流的影響方面也獲得了原子學(xué)的見解。
4. 更好地使用
“我們的研究為推動基于碳化硅的場效應(yīng)晶體管的進一步發(fā)展提供了重要的見識。因此，我們希望為更有效地利用電力做出重大貢獻?！?這項工作是作為應(yīng)用研究項目的納米Argovia計劃的一部分啟動的。
轉(zhuǎn)載請注明來源：m.airconditioningrepair-tarzana-ca.com
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