Ábhar nua chun teorainneacha leictreonaic atá bunaithe ar sileacain a bhrú

21 Eanáir, 2019, Institiúid Fraunhofer don Fhisic Stáit Fheidhmeach Soladach IAF

Forbraíonn Fraunhofer IAF comhpháirteanna leictreonacha agus córais atá bunaithe ar an nGN. Taispeánann an íomhá sliseog próiseáilte GaN. Creidmheas: Institiúid Fraunhofer don Fhisic Stáit Sholadach Fheidhmeach IAF

Tá an margadh leictreonaice ag fás i gcónaí agus mar sin tá an t-éileamh ar chórais leictreonacha cumhachta atá níos dlúithe agus níos éifeachtaí. Ní bheidh na comhpháirteanna leictreonacha is mó atá bunaithe ar shileacan in ann na riachtanais tionscail atá ag dul i méid a chomhlíonadh a thuilleadh. Sin an fáth go bhfuil eolaithe ó ollscoil Freiburg, an tIonad Inbhuanaitheachta Freiburg agus an Fraunhofer-Gesellschaft tar éis teacht le chéile chun struchtúr ábhair nua a fhiosrú a d'fhéadfadh a bheith níos oiriúnaí do leictreonaic chumhachta sa todhchaí.

Déanann an tionscadal a seoladh le déanaí "Taighde ar Struchtúir Leathsheachadta Feidhme do Leictreonaic Chumhachta Fuinnimh Éifeachtach" (i mbeagán focal "Power Electronics 2020+") taighde ar an ábhar leathsheoltóra núicléach scandium (scAlN). Comhordaíonn an tOllamh Dr. Oliver Ambacher, stiúrthóir Fraunhofer IAF agus ollamh le leictreonaic chumhachta ag Roinn Innealtóireacht Chórais Inbhuanaithe (INATECH) ollscoil Freiburg, an comhoibriú for-réigiúnach.

Tá trí phríomhfhachtóir freagrach as fás láidir an mhargaidh leictreonaice : uathoibriú agus digitiú an tionscail chomh maith leis an bhfeasacht mhéadaithe ar fhreagracht éiceolaíoch agus próisis inbhuanaithe. Ní féidir ídiú cumhachta a ísliú ach amháin má éiríonn córais leictreonacha níos éifeachtaí ó thaobh fuinnimh agus acmhainní de ag an am céanna bíonn siad níos cumhachtaí.

Go dtí seo, tá sileacain chun tosaigh sa tionscal leictreonaice. Agus a chostas íseal coibhneasta agus struchtúr criostail beagnach foirfe, tá ábhar leathsheoltóra an-rathúil ag sileacain, freisin toisc go gceadaíonn a bhanda band tiúchan iompróra maith agus treoluas araon chomh maith le neart tréleictreach maith. Mar sin féin, sroicheann leictreonaic sileacain a theorainn fhisiciúil de réir a chéile. Go háirithe maidir leis an dlús agus an dlús cumhachta is gá, ní leor comhpháirteanna leictreonacha cumhachta sileacain.

Comhdhéanamh Ábhar Nuálaíoch le haghaidh Cumhachta Níos Mó agus Éifeachtúlacht

Tá teorainneacha na teicneolaíochta sileacain sáraithe cheana féin trí nitrid ghalún (GaN) a úsáid mar leathsheoltóra i leictreonaic cumhachta. Feidhmíonn GaN níos fearr i gcoinníollacha ardvoltais, teochtaí arda agus minicíochtaí lasctha go tapa i gcomparáid le sileacain . Téann sé seo i láimh le héifeachtacht fuinnimh atá i bhfad níos airde — le go leor iarratas ar thomhaltas fuinnimh, ciallaíonn sé seo laghdú suntasach ar ídiú fuinnimh. Fraunhofer Tá IAF ag déanamh taighde ar GaN mar ábhar leathsheoltóra do chomhpháirteanna leictreonacha agus do chórais le blianta fada. Le cabhair ó chomhpháirtithe tionsclaíocha, baineadh úsáid tráchtála as torthaí na hoibre taighde seo cheana féin. Rachaidh eolaithe an tionscadail "Power Electronics 2020+" níos faide fós chun éifeachtacht fuinnimh agus marthanacht an chéad ghlúin eile de chórais leictreonacha a fheabhsú . Chun na críche seo, úsáidfear ábhar difriúil agus núíosach: nítríd alúmanaim scainiam (ScAlN).

Tá foireann taighdeoirí ag Fraunhofer IAF ag obair ar airíonna piezoelectric ScAlN le haghaidh úsáid i scagairí ardmhinicíochta le blianta fada. Taispeánann an pictiúr tréithriú na bhfeistí sin ar shliseog. Creidmheas: Institiúid Fraunhofer don Fhisic Stáit Sholadach Fheidhmeach IAF

Is ábhar leathsheoltóra piezoelectric é ScAlN a bhfuil ardleibhéal tréleictreach aige agus nach bhfacthas go mór ar fud an domhain maidir lena inúsáidteacht i bhfeidhmithe micrea-leictreonaice. "Tá sé cruthaithe cheana féin go bhfuil an nítríd alúmanaim scainiam oiriúnach go háirithe do chomhpháirteanna leictreonacha cumhachta," a mhíníonn an Dr.-Ing. Michael Mikulla, bainisteoir tionscadail ar thaobh Fraunhofer IAF. Is é aidhm an tionscadail ScAlN comhoiriúnaithe laitíse a fhás ar chiseal GaN agus na heterostructures mar thoradh air a úsáid chun trasraitheoirí a phróiseáil a bhfuil cumas iompair ard acu faoi láthair. “Ceadaíonn struchtúir leathsheoltacha fheidhmiúla atá bunaithe ar ábhair a bhfuil bandgap mór acu, mar shampla nítríd alúmanaim scandium agus nítríd ghalún, trasraitheoirí a bhfuil voltais agus sruthanna an-ard acu. Baineann na gléasanna seo le dlús cumhachta níos airde in aghaidh dhromchla na sliseanna chomh maith le luasanna lasctha níos airde agus feidhmiú níos airde Tá sé seo cosúil le caillteanais lasctha níos ísle, éifeachtúlacht fuinnimh níos airde agus córais níos dlúithe, "arsa an tOllamh Dr. Oliver Ambacher, stiúrthóir Fraunhofer IAF. "Trí ábhair , GaN agus ScAlN a chomhcheangal, ba mhaith linn cumhacht aschuir uasta ár bhfeistí a dhúbailt agus an t-éileamh fuinnimh a ísliú go suntasach," a deir Mikulla.

Obair cheannródaíoch ar Thaighde Ábhar

Ceann de na dúshláin is mó atá ag an tionscadal ná fás criostail, ag cur san áireamh nach bhfuil struchtúr fáis ná luachanna eimpíreacha ann don struchtúr seo go fóill. Ní mór don fhoireann tionscadail iad seo a fhorbairt i rith na míonna seo chugainn chun torthaí inatáirgthe a bhaint amach agus chun struchtúir ciseal a tháirgeadh ar féidir iad a úsáid go rathúil le haghaidh feidhmchlár leictreonach cumhachta .

Déanfar an tionscadal taighde i ndlúthchomhar idir ollscoil Freiburg, Institiúid Fraunhofer le haghaidh Fisic Soladach Fheidhmeach Stáit IAF, an tIonad Inbhuanaitheachta Freiburg chomh maith le hInstitiúid Fraunhofer do Theicneolaíocht Chomhtháite agus Gléas IISB in Erlangen, atá ina bhall de an tIonad Ardfheidhmíochta do Chórais Leictreonacha in Erlangen. Beidh an cineál nua comhoibrithe seo idir taighde ollscoile agus forbairt atá dírithe ar iarratais mar eiseamláir do chomhoibriú tionscadail amach anseo. "Ar thaobh amháin, éascaíonn an tsamhail seo comhoibriú le cuideachtaí trí thorthaí a aistriú go pras ó thaighde bunúsach go forbairt atá dírithe ar iarratais. Ar an taobh eile, osclaíonn sé sineirgí idir dhá Lárionad Fraunhofer atá comhlántach go teicniúil ó dhá réigiún éagsúla agus dá bhrí sin feabhsaíonn sé dá dtairiscintí do chustaiméirí ionchasacha an tionscail leathsheoltóra, "a deir an tOllamh Ambacher.