Силовые модули представляют собой полупроводниковые сборки, предназначенные для построения элементов электротехнических схем различного назначения. Высокотемпературные модули позволяют производить на их основе электронику, устойчивую к экстремальным температурам. Такое оборудование актуально, в частности, при проведении буровых работ или работ на поверхности Венеры, средняя температура которой составляет 460 °С.
С этой целью прежние разработки APEI опирались на широкозонные полупроводники. Энергия межзонных электронных переходов в таких полупроводниках превосходит значение, близкое к 2 электронвольтам. К широкозонным относятся алмаз, карбид кремния (SiC), а также нитрид галлия (GaN) и другие соединения. Ранее в сотрудничестве с GaN Systems команда МакФерсона создала высокотемпературный транзистор на основе GaN-матрицы с быстрой переключаемостью и карбидкремниевый модуль, который может обрабатывать токи высокой частоты и тепловую нагрузку в очень ограниченном пространстве.
Для прототипирования нового типа модулей ученый использовал пакет программ COMSOL Multiphysics®. С его помощью МакФерсон анализировал связь между размерами устройства и свойствами его элементов, например, как толщина опорной плиты и характеристики материала сочетаются с показателями плотности тока, термического сопротивления и индуктивностью полупроводника. Кроме того, численное моделирование помогло исследователю спрогнозировать поведение устройства при температурных колебаниях и омическом (джоулевом) нагреве.
Технология производства не раскрывается. Известно, что два варианта нового типа силовых модулей могут использоваться при температурах свыше 225 °С и обладают пониженными уровнями индуктивности и теплопроводности. При этом они адаптированы к SiC- и GaN-матрицам, что обеспечивает быстрое переключение реле.
В настоящее время ученые работают над повышением стабильности работы высокотемпературных силовых модулей и продления срока их службы.
Hi-Tech
Денис Стригун
