研究人員開發的內稟極化超結晶體管。圖片來源：瑞士洛桑聯邦理工學院

科技日報北京9月2日電 （記者張佳欣）瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員開發出一種新型氮化鎵晶體管，耐壓能力接近4000伏，同時保持較低電阻。這一器件有望用於人工智能（AI）數據中心、可再生能源系統、電動汽車等高壓電力電子領域。相關研究發表於新一期《自然·電子學》雜志。

晶體管是電子設備中控制電流通斷的開關。幾十年來，這類器件主要採用硅材料制造。近年來，氮化鎵憑借體積小、效率高等優勢，逐漸被用於手機充電器等電子設備。不過，在高電壓下，氮化鎵晶體管內部的電場容易集中在局部區域，使器件提前失效。因此，與硅器件相比，現有氮化鎵器件的耐高壓能力仍存在一定差距。目前商用氮化鎵功率器件的擊穿電壓通常為600至650伏。

為突破這一瓶頸，研究人員開發出一種名為“內稟極化超結”的新型氮化鎵晶體管。該器件由多層氮化鎵材料構成，並以低成本硅作為襯底。氮化鎵具有獨特的晶體結構，其內部極化效應能夠使電子聚集形成薄層，從而傳導電流。但在傳統氮化鎵晶體管中，當器件關閉時，電子離開電流通道，留下的正電荷容易造成電荷失衡，使電壓集中在局部區域，形成強電場並引發擊穿。

研究人員利用氮化鎵自身的極化特性，在電子層旁邊自然形成一層正電荷，並通過調節材料層厚度，讓正負電荷保持平衡。這樣一來，晶體管關閉時，電荷不會集中在某個位置，電壓能夠更加均勻地分布在整個器件上，從而降低局部電場過強導致擊穿的風險。測試顯示，新型晶體管的耐壓能力接近4000伏，超過商用氮化鎵功率器件5倍。同時，該器件仍保持較低的導通電阻，有助於減少電能轉換過程中的損耗和發熱。

高耐壓和低電阻對於下一代電力電子設備都十分重要。AI數據中心、可再生能源系統，以及電動汽車等設備，都需要功率電子器件在較高電壓下穩定工作，同時盡可能減少能量損耗。此外，新型晶體管也不需要採用傳統的化學摻雜方式控制電荷。