氧化镓高体积热容的特性，集成高介电常数界面的结侧冷却架构
速览：
技术背景与挑战
- 背景：虽然宽禁带（WBG）半导体（如SiC、GaN）已取得进展，但超宽禁带（UWBG）材料如氧化镓（Ga₂O₃）具有更高的理论极限。
- 痛点：过去十年，由于材料和器件的不均匀性以及封装难题，其实用功率能力一直停留在千瓦（kW）级别。
- 解决方案：研究团队采用了器件-封装协同优化（Device-Package Co-optimisation）策略，专门针对需要在微秒级时间内处理极高电压和电流的脉冲功率电子应用。
关键技术创新
- 独特的散热架构：利用氧化镓高体积热容（Volumetric Heat Capacity）的特性，团队开发了集成高介电常数界面的结侧冷却（Junction-Side Cooling）架构。
- 电场与热管理：
- 利用高介电常数层的极化效应重新分布电场。
- 这一设计同时提高了击穿电压，并大幅降低了热阻。
- 材料特性利用：该设计充分利用了氧化镓在高温下的热稳定性，使其能够承受脉冲系统中的瞬态加热。
实验验证与里程碑
- 单个子模块：在极端结温（>250°C）下，承受了 1 kV 电压下的 234 A 脉冲电流。
- 六管芯集成模块：实现了1 kHz 频率下的连续 1000 V / 1000 A 开关。
- 历史意义：这是首个达到兆瓦级功率容量的超宽禁带多芯片模块。
- 开关性能：具有超快开关速度（约23 ns）和接近零的反向恢复电荷。
研究团队与机构
- 主导：香港大学（The University of Hong Kong）的Yuhao Zhang工程研究团队。
- 合作：弗吉尼亚理工（Virginia Tech）的Guo-Quan Lu以及南京大学的Jiandong Ye。