镓氮化镓电子设备大大降低了能源使用

这里显示的是剑桥电子使用GaN晶体管制造的原型笔记本电脑电源适配器。在1.5立方英寸上，这是有史以来最小的笔记本电脑电源适配器。图像：礼貌剑桥电子

使用称为氮化镓（GaN）的异乎寻常的材料，剑桥Electronics Inc.宣布了一系列GaN晶体管和电力电子电路，承诺将在全球范围内将能源使用减少10％至20％。

2013年，能源部（DOE）专用大约一半的电力电子研究所的电力电子研究所给GAN研究，引用其可能降低全球能源消耗。现在，MIT Spinout Cambridge Electronics Inc.

电力电子设备是一种普遍存在的技术，用于将电力转换为更高或更低的电压和不同电流 - 例如在笔记本电脑的电源适配器中，或转换电压和分配给消费者的电气变电站。许多这些功率 - 电子系统依赖于开启和关闭的硅晶体管以调节电压，而是由于速度和电阻约束，废能为热量。

据该公司称，CEI的GaN晶体管具有至少第十一个基于硅基晶体管的电阻。这允许更高的能量效率，并且可以更小的开关频率 - 幅度更快的开关频率 - 意味着具有这些组件的电力电子系统。CEI正在采用其晶体管使能源电子设备能够使数据中心更少能量 - 密集型电动车便宜，更强大，笔记本电脑适配器尺寸为尺寸，甚至足够小，以便在计算机内部装修。

“这是一个终身改变电子产品的一生机机会，真正对世界上使用的能量产生影响，”电气工程和计算机科学的麻省理工学院副教授CEI联合创始人TomásGalacios说共同发明了该技术。

其他联合创始人和共同发明人是Anantha Chandrakasan，Joseph F.和Nancy P. Keithley电气工程师教授，现在是CEI的技术咨询委员会的主席;校友Bin Lu Sm '07，Phd'13，Cei的设备开发副总裁;玲夏博士，CEI的业务总监;穆罕默德Azize，CEI的外延总监;和奥海尔Saadat Phd'14，CEI的产品可靠性总监。

制作GaN可行

虽然GaN晶体管在硅的若干好处，但安全缺陷和昂贵的制造方法在很大程度上使它们远离市场。但是，帕拉西奥，陆，萨达特和其他麻省理工学院研究人员通过2000年代后期制造的设计创新来克服这些问题。

功率晶体管设计用于在开启时流动高电流，并在关闭时阻止高电压。如果电路断裂或失效，晶体管必须默认为“关闭”位置以避免短路和其他问题 - 硅功率晶体管的一个重要特征。

但是GaN晶体管通常是“通常” - 含义，默认情况下，它们总是允许流动的流动，这在历史上难以纠正。使用MIT MicroSystems技术实验室的资源，研究人员 - 由国防部和DOE赠款支持 - 开发的GaN晶体管通过修改材料结构，“常折”。

为了制造传统的GaN晶体管，科学家们在基板的顶部长出一层薄薄的GaN。麻省理工学院研究人员将不同的材料分成不同的材料，在其GaN晶体管中具有不同的组合物。发现精确的混合允许默认情况下进入OFF位置的新种GAN晶体管。

“我们始终谈论Gan作为镓和氮，但是您可以修改基本GaN材料，增加杂质等元素，以改变其性质，”Palacios说。

但GaN和其他非尼蒙半导也在特殊过程中制造，这是昂贵的。落后，在研究所的麻省理工学院的研究人员和后来，随后，公司开发了新的制造技术，或“过程食谱”，卢说。除其他外，这涉及用于制造用于制造与硅制造的金属制造GaN装置的金金属，以及开发硅原料使用的大晶片上沉积GaN的方式。

“基本上，我们在硅的成本下，我们正在制造我们的先进的GaN晶体管和常规硅铸造件的电路。成本是一样的，但新设备的性能越大，“鲁说。

主要应用程序

CEI目前正在使用其先进的晶体管，开发大约1.5立方英寸的笔记本电脑适配器 - 最小的。

Palacios说，晶体管的其他可行应用程序中，是谷歌，亚马逊，Facebook等公司经营的数据中心的更好的电力电子产品。

目前，这些数据中心在美国吃了大约2％的电力。但帕拉西奥斯的基于Gan的电力电子可以节省一个非常显着的一小部分。

另一种主要的未来应用程序，帕拉西里斯增加，将更换电动车中基于硅的电力电子。这些在充电器中为电池充电，以及转换电池电量驱动电动机的逆变器。今天使用的硅晶体管具有限制的功率能力，其限制了汽车可以处理多少动力。这是少量电动车辆的主要原因之一。

另一方面，GaN的电力电子器件可以提高电动汽车的电力输出，同时使其更节能和更轻 - 因此，更便宜，并且能够延长更长的距离。“电动汽车很受欢迎，但仍然是一个利基产品。帕拉西奥斯说，甘电电子将成为主流的关键。“

创意思想

在启动CEI时，麻省理工学院创始人转向该研究所的创业计划，这导致了启动的进展。“麻省理工学院的创新和企业家生态系统是让事情移动的关键和我们现在所处的地步，”Palacios说。

Palacios首先赢得了Deshpande Centr的授予，以推出CEI的技术创新。之后，他向创新团队（I-Teams）的基于GaN的电力电子知识，将MIT学生们带到了跨学科，以评估新技术的商业可行性。他说，该计划向他展示了GaN电力电子的巨大市场拉力，并帮助CEI在其第一个产品上定居。

“很多次，这是另一种方式：你出来了一个寻找应用程序的惊人技术。在这种情况下，由于I-Teams，我们发现有许多寻找这项技术的应用程序，“Palacios说。

对于鲁来说，欧洲州长欧洲发展级的关键要素是审计Start6，由电气工程系和计算机科学系主办的研讨会，在那里创业工程学生通过创业生成的进程，与经验丰富的企业家的讨论和谈判。除此之外，卢正在掌握股权，资金，建设团队等早期启动挑战的看法。

“这是一个有一个想法的学生是一个伟大的课程，但不知道在商业中发生了什么，”卢说。“这有点概述了这个过程的样子，所以当你开始自己的公司时，你就可以了。”