【国际时事】电力电子的未来：BMBF基金出资约 200 万欧元资助“All-GO-HEMT”项目，开发高效的β-氧化镓异质结构

        由Andreas Fiedler博士领导的“All-GO-HEMT”项目旨在开发具有高电子迁移率的调制掺杂β-(Al_xGa_1-x)₂O₃/Ga₂O₃异质结构。该项目总资金近200万欧元，由德国联邦教育和研究部（BMBF）资助，预计将大大提高电力电子设备的效率，从而为可持续能源生产做出重大贡献。

“All-GO-HEMT”项目经理Andreas Fiedler博士（左）|图片来源：Tina Merkau；氧化镓晶圆（右）|图片来源：Volkmar Otto

        “All-GO-HEMT”项目利用了氧化镓（Ga₂O₃）的优势，这种材料具有超宽的带隙，被认为是电力电子产品有前途的候选者。Ga₂O₃实现了更紧凑的设计，不仅提高了转换过程的效率，而且提高了系统的可靠性。与硅、氮化镓和碳化硅等现有材料相比，Ga₂O₃提供了尚未充分开发的提高效率的潜力。Fiedler博士解释说：“我们相信，发展更高效的材料可以为能源转型做出重大贡献，并使该行业能够成功地应对未来的挑战。”

        尽管基于Ga₂O₃的电力电子产品有望更高效，但在载流子迁移率方面，该材料不如现有材料。“氧化镓和现有材料的作用类似于十米土路对一公里高速公路。由于距离更短，汽车消耗更少，尽管速度较低，但你将更快的到达目的地——这一切都归功于更紧凑的设计，”Fiedler博士解释说。该项目的核心目标是借助铝合金异质结构的创新设计，克服Ga₂O₃在电荷载流子迁移率方面的材料限制，从而消除这一劣势。Fiedler博士强调：“我们相信，通过在我们新开发的材料中结合更紧凑的设计和更高的载流子迁移率，电力电子设备的效率可以显著提高。”

        “All-GO-HEMT”的另一个目标是为研究和工业创造可靠的Ga₂O₃材料基础和新开发的具有最高的结晶质量的铝合金。这一基础是必要的，因为具有紧凑设计和优化制造工艺的高性能器件的发展目前受到高质量材料可用性不足的限制。项目合作伙伴费迪南德-布劳恩研究所（FBH）将利用这一材料基础开发电力电子器件的新原型。然后，这些原型将由工业顾问ZF Friedrichshafen AG进行测试，以确定它们是否适合工业应用。此外，从晶体生长到成品器件的整个价值链将由行业领袖德国爱思强股份有限公司和德国世创电子进行分析，以便在早期阶段量化和评估该技术的经济和生态效益。

        “All-GO-HEMT”项目作为著名的“BMBF NanoMatFutur”青年研究者竞赛的一部分被资助，旨在通过支持优秀年轻研究者建立可持续的研究结构，提供近200万欧元的资助。NanoMatFutur基金将使Andreas Fiedler博士能够在IKZ建立自己独立的初级研究小组，为期五年。有了这笔资助，他计划组建一个由一名博士后和两名博士生组成的团队，以成功地完成这个具有挑战性的研究项目，并在这个前景广阔的研究领域促进培养新的人才。

        基于半导体的电力电子在当前关于气候保护和可持续能源生产的讨论中发挥着核心作用。它是解决社会面临的最大挑战——可持续能源生产的关键技术。除了将能源发电转换为可再生能源和分散能源外，能源的有效利用是实现能源部门可持续发展目标的最重要杠杆。根据AG Energiebilanzen e.V的一份报告，2021年德国65%的发电量（约2660 petajous）由于低效的电力转换过程以及菲涅尔损耗和线路损耗而损失。这些高损耗需要紧急的解决方案。更高效的电力电子设备不仅有助于减少有害排放，还能提高能源密集型工艺的经济效率。通过“All-GO-HEMT”项目， 德国在这一关键经济领域奠定了技术自主的重要科学基础。