Революційна установка з карбіду кремнію покращить електромобілі та електропоїзди

Електрокар
Фото: allergic | Заряджання електроавтомобіля

Інженери допрацьовують технологію, яка зробить електротранспорт потужнішим за менших розмірів та витрат енергії.

Японські вчені розробили нову силову установку, яка має значно покращити можливості електричних автомобілів, поїздів та інших транспортних засобів. Вони опублікували дослідження в журналі Physical Status Solidi.

Уніполярні напівпровідники з карбіду кремнію (SiC) вже широко застосовуються в промисловості, проте заважає так звана "пастка-22" — проблема співвідношення між питомим опором у відкритому стані, напругою пробою та питомим опором у дрейфовому полі, де переміщуються заряджені частинки. Вчені використали структуру "суперпереходу", яка визначає розміщення негативних та позитивних шарів у дрейфовому полі, і змусили пристрій працювати у двох полярностях.

Команда фізиків із Японії вивчала дефекти розподілу шарів у біполярних діодах карбіду кремнію, створених за допомогою легування алюмінію. Процес передбачає "пересадку" іонів шляхом пошарового осадження напівпровідника на підкладку та "бомбардування" напівпровідникових шарів частинками з великим енергетичним зарядом. В результаті глибоко всередині матеріалу можуть виникати дефекти, що знижують характеристики виробу. Під час експериментів дослідники знайшли оптимальну відстань передачі іонів, що дозволить уникнути проблем.

"Наше дослідження показує, що іонна імплантація в біполярні пристрої із SiC вимагає, щоб обробка проводилася на відстані не менше 20 мкм від активних областей", — заявив керівник дослідження Масасі Като, доцент з Технологічного інституту Нагоя, у коментарі Interesting Engineering.

легування алюмінію
Схема створення напівпровідника шляхом легування алюмінію
Фото: interestingengineering.com

Вчені створили два діоди з карбіду кремнію з використанням p-шарів, легованих алюмінієм. Один із них був виготовлений методом епітаксії (нарощування кристалів), а інший – іонної імплантації. Після цього вони оцінили розподіл дефектів в обох виробах за допомогою глибокої нестаціонарної спектроскопії (DLTS), яка дозволила їм оцінити властивості за допомогою катодолюмінесценції — свічення речовини після обстрілу швидкими променями з електронів.

Осадження шару p-типу за допомогою епітаксійного зростання не викликало ушкоджень у сусідніх шарах n-типу, проте показало нестабільність, що призводить до утворення дефектів на глибокому рівні. У той же час, питомий опір такого діода у відкритому стані був дуже низьким.

За словами Масасі Като, низьке енергоспоживання силових установок на основі карбіду кремнію стане критично важливим для майбутнього електротранспорту. Впровадження нової технології дозволить збільшити продуктивність, енергоефективність повністю електричних транспортних засобів, зменшивши їх розміри.

"Наші результати допоможуть створити оптимальну конструкцію силових пристроїв з карбіду кремнію, які незабаром будуть використовуватися в електромобілях, поїздах тощо", — наголосив учений.

Раніше писали про те, що інша група вчених вигадала вагони-акумулятори для запуску електропоїздів. Згідно з розрахунками такий склад зможе проїхати на одному заряді до 241 км і легко замінить дизельні локомотиви.

Повідомляли також, що NASA у 2022 році планує запустити у небо свій електролітак X-57. Інженери витратили понад п'ять років, щоб переробити Tecnam P2006T під електричні двигуни та вже проводять наземні випробування у США.