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IEEE
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根据IEEE报道，新型氧化镓晶体管（gallium oxide transistor ）可以承受超过8,000伏（V）的电压，这是可比较尺寸的器件中所报道的最高电压。这一进步是基于仅
八年历史的技术研究的成果——2012年，我们才报道了首批氧化镓晶体管。
“这是比任何其他报道非凡的数字”， 布法罗大学电气工程教授 Uttam Singisetti说，而他主导的文章最近发表在新设备研究得IEEE电子器件快报。“八年内达到8kV是一项重大成就”， Uttam Singisetti补充说。
电力电子系统在电动汽车，火车，电动飞机以及将能量从太阳能和风能阵列输送到电网的逆变器中至关重要。这些系统控制和操纵电源，而不是数字数据，在交流和直流之间切换，调节电压水平以及管理功率流。这些系统中使用的晶体管需要承受高电压和高温。而且，设备越薄，其电阻越低，从而使其更具能源效率，从而转化为浪费更少的电网或车辆，该车辆可以在充电时行驶更远。
碳化硅已开始取代电力电子中的硅。它比硅有优势？它的带隙是将电子激发到导带中所需的能量，为3.4eV，约为硅的1.1eV的三倍。这使得碳化硅晶体管比硅器件能承受更高的电压和温度。但是它们的商业成功受到高昂价格的限制。
事实证明，氧化镓以近5eV的带隙击败了碳化硅。研究人员一直在尝试制造高压氧化镓晶体管，但到目前为止，这些器件的击穿电压相对较小，即半导体材料从绝缘体转换为导体的电压。该电压越高，设备可以处理的功率就越大。
Singisetti和他的同事仔细分析了他们制造的设备，发现击穿并没有发生在氧化镓层中。取而代之的是被破坏的材料上方的稀薄空气层。因此研究人员决定用一种坚固的聚合物涂覆这种材料。这个简单的保护帽使得设备可以承受8,000 V以上的电压。
新的氧化镓晶体管的长度为80微米。相比之下，当今的碳化硅晶体管在大约150微米长的设备中可以承载10,000 V的电压。
但是氧化镓还没有准备好脱离研究实验室。“氧化镓面临的最大挑战之一是其导热系数低，” Singisetti说。“当设备运行时，它会变得非常热，我们需要创新的热量管理。”
研究人员正在考虑解决此问题的方法。Singisetti说，一种可能的解决方案是在碳化硅薄基板上制造氧化镓器件，以利用碳化硅的高导热性。
理想情况下， 通过电源，逆变器和电动机传送电流的电子组件便宜，高效，并且能够处理高压。根据京都初创企业Flosfia的最新研究，以这些术语判断，氧化镓可能是迄今为止最好的材料。
这是因为硅（电力电子市场中用于制造二极管和晶体管的现有材料）价格便宜但效率不高。尽管用碳化硅和氮化镓制成的器件可以解决这一弱点，但由于价格高昂，后者在商业上还没货的重大的成功。Flosfia的二极管已经比由SiC和GaN制成的二极管更有效地工作。
这些氧化镓器件的优越性来自该材料的约5电子伏特的带隙，远高于氮化镓（约3.4 eV）或碳化硅（约3.3 eV）。带隙是将电子踢到导电状态所需能量的量度。带隙越大，材料承受的电场越强，对于给定的电压，可以使用更薄的器件。这很重要，因为设备越薄，电阻越低，因此效率越高。
氧化镓器件并非在所有领域都具有优势。他们的致命弱点是导热性差。“在制造大功率设备时，您需要具有良好的导热性才能从设备中吸收热量，” 法国里昂YoleDéveloppement资深市场和技术分析师Hong Lin解释道。
Flosfia的工程师已经改进了设备架构以解决该问题。Flosfia投资者东京边缘资本大学（University of Tokyo Edge Capital）的合伙人黑川直典（Naonori Kurokawa）表示，特别是，他们找到了一种使二极管芯片更薄的方法。关键是在蓝宝石衬底上生长氧化镓晶体。
Flosfia首席技术官Masaya Oda发现，“氧化镓外延层很容易将蓝宝石衬底剥离”，黑川说。将设备与其基础分离，可以将芯片粘结到高导电，吸热的材料上，从而可以在较低的温度下运行。
使用蓝宝石非常有意义。黑川说：“由于发光二极管的制造，它非常便宜并且已经上市了。” 唯一的缺点是晶体质量不如使用氧化镓衬底高，目前，氧化镓衬底价格很高。
Flosfia用于制造氧化镓器件的工艺是由该公司的共同创始人和京都大学教授Fujita Shozuo发明的。在其中，蓝宝石衬底被加热，细颗粒的雾气通过一阵非反应性“载气”被吹扫到腔室中。包含金属化合物的雾气在碰到热的基材时分解，并形成氧化镓膜。整个过程可以快速循环，因为与其他方法不同，该腔室无需完全排空。从而降低了成本。
Flosfia的工程师在2016年2月版的《 Applied Physics Express》中详细介绍了用这种生长工艺制造的二极管的结果。一种设备结合了531伏击穿电压（反向电流流动所需的电势）和每平方厘米0.1毫欧的导通电阻，超过了碳化硅可能的极限。
据报道，最高击穿电压Flosfia为855V。对于宽带隙二极管来说，这还不是很高——SiC制成的器件可以承受10 kV或更高的电压。
Kurokawa解释说，由于二极管是裸芯片，所以二极管的击穿电压很小。他说，在这种非常简单的设备中引入绝缘层将带来重大改进。
而在2016年下半年，Flosfia将开始向潜在客户提供其二极管的样品。更进一步的计划包括在2018年增加二极管的生产以及配套晶体管的开发和发布。
但是，尚不清楚这是否会点燃氧化镓电力电子行业。Lin说：“今天，我们正在将硅与碳化硅进行比较。”他期望氧化镓器件只有在商业化并被认为是有价值的竞争者之后才能进行类似的评估。那还有一段距离。
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