电力电子产品，像修改电压或在直流电和交流电之间转换，到处都是。它们是我们用来给便携设备充电的电力砖;它们是电动汽车的电池组;它们在电网本身，在高压输电线路和家庭用电插座的低电压之间进行调解。
能量转换本质上是低效的:一个电源转换器将不会输出与它所接收到的一样多的能量。但是最近，由氮化镓制成的动力转换器已经开始进入市场，其效率和尺寸都比传统的硅基功率转换器要高。
商用氮化镓动力装置不能处理超过600伏特的电压，这限制了它们对家用电器的使用。
在本周召开的电子与电子工程师学会国际电子设备会议上，来自麻省理工学院(MIT)、半导体公司IQE、哥伦比亚大学(Columbia University)和新加坡麻省理工学院(MIT)的研究和技术联盟的研究人员提出了一项新的设计方案，在测试中，氮化镓的电力装置能够处理1200伏特的电压。
已经足够的能力用于电动车,但研究人员强调,他们的设备是一个学术的第一个原型制造实验室。他们认为,进一步的工作可以提高自己的能力3300 - 5000伏范围,使氮化镓的效率电网中的电力电子本身。
这是因为这款新设备使用的设计与现有的氮化镓电力电子设备有着本质上的不同。
麻省理工学院(MIT)电子工程与计算机科学教授、微系统技术实验室(Microsystems Technology Laboratories)成员、新论文的资深作者Tomas Palacios说:“市面上出售的所有设备都是所谓的横向设备。”因此，整个装置都是在氮化镓晶圆片的表面上制造的，这对像笔记本电脑充电器这样的低功耗的应用程序是有好处的。但是对于中、高功率的应用，垂直的设备要好得多。这些是电流，而不是流过半导体的表面，流过晶圆片，穿过半导体。垂直设备在能够管理多少电压和控制多少电流方面做得更好。
Palacios解释说，有一件事，电流流入一个垂直装置的表面，另一件则流出。这意味着有更大的空间来连接输入和输出线，从而使当前负载更高。
另一方面，帕拉西奥斯说，“当你有横向设备时，所有的电流流过靠近表面的非常窄的材料板。我们说的是一块可能只有50纳米厚的材料。所以所有的电流都经过那里，所有的热量都是在这个非常狭窄的区域产生的，所以它变得非常非常热。在垂直装置中，电流流过整个晶圆，所以散热更均匀。
缩小这个领域
虽然它们的优点众所周知，但垂直器件在氮化镓中很难制造。电力电子依赖于晶体管，在这种器件中，一种用于“门”的电荷会将半导体材料(如硅或氮化镓)转换成导电的和非导电的状态。
为了使转换效率更高，通过半导体的电流需要限制在一个相对较小的区域，在那里，栅极的电场可以对其施加影响。在过去，研究人员曾试图通过在氮化镓中嵌入物理屏障，将电流注入栅极下面的通道，从而制造出垂直的晶体管。
但这些屏障是由一种价格昂贵且难以生产的气质材料制成的，并将其与周围的氮化镓结合在一起，不会破坏晶体管的电子性能，这也证明具有挑战性。
Palacios和他的合作者采用了一个简单而有效的替代方案。该团队包括Palacios实验室的博士后Yuhao Zhang和去年春天在电子工程和计算机科学系(EECS)获得麻省理工博士学位的Min Sun。Daniel Piedra和Yuxuan Lin，麻省理工学院研究生;在Palacios集团的博士后;新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟的刘志红;以香高;和哥伦比亚的肯·谢泼德。
他们只是使用更窄的设备，而不是使用内部的屏障将电流传输到更大的设备的狭窄区域。它们垂直的氮化镓晶体管在顶部有像“鳍”一样的突起。在每一个鳍的两侧都有电触点，它们一起充当门。电流通过另一个触点进入晶体管，在鳍上，并从设备的底部出口。小鳍的狭窄确保了栅电极能够开关晶体管的开关。
“我认为，雨浩和敏的绝妙想法是说，‘我们不应该把现有的材料放在同一个圆片上，而是以几何的方式把它从那些我们不想让电流流动的地方去掉。’”帕拉西奥斯说。“让我们完全改变晶体管的几何形状，而不是在传统的垂直晶体管中做复杂的弯道。”
——文章发布于2017年12月6日
