Приборы на основе SiC и GaN с криогенным охлаждением

В статье рассматривается применение криогенного охлаждения для полупроводниковых приборов с широкой запрещённой зоной (WBG). Описаны характеристики карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) при криогенных температурах. При криогенных температурах МОП-транзисторы на основе SiC характеризуются повышенным сопротивлением во включённом состоянии и сниженной скоростью переключения. Однако криогенное охлаждение обеспечивает низкую температуру окружающей среды и тем самым позволяет SiC-преобразователю работать при более низкой температуре перехода, достигая более высокого КПД по сравнению с охлаждением при комнатной температуре. Разработан и испытан прототип SiC-инвертора мегаваттного уровня с криогенным охлаждением, продемонстрировавший возможность эксплуатации мощного SiC-преобразователя при криогенном охлаждении. При криогенных температурах полевые транзисторы с высокой подвижностью электронов на основе GaN (HEMT) демонстрируют более чем пятикратное снижение сопротивления во включённом состоянии и более высокую скорость переключения, что делает GaN HEMT перспективными приборами для применения в криогенной силовой электронике. Значительное снижение сопротивления во включённом состоянии приборов на основе GaN позволяет эксплуатировать их при токах, существенно превышающих номинальный ток, при криогенных температурах. Собрана схема двухимпульсного испытания GaN (DPT), продемонстрировавшая, что GaN HEMT могут работать при токе, почти в четыре раза превышающем номинальный, при криогенных температурах. Обсуждаются и обобщаются проблемы применения приборов с широкой запрещённой зоной при криогенном охлаждении.