Исследователи из Университета Гонконга вместе с коллегами из Virginia Tech и Нанкинского университета испытали модуль из шести диодов на оксиде галлия. Он многократно переключал ток при напряжении 1000 В и силе тока 1000 А. Результаты опубликованы 30 марта 2026 года в журнале Nature Communications. Мегаваттная мощность здесь относится к коротким импульсам, а не к непрерывной работе.

Как корпус помогает отводить тепло

Оксид галлия выдерживает сильное электрическое поле, но плохо проводит тепло. Поэтому исследователи проектировали сам диод и его корпус как единую систему. Тепло отводится от p-n-перехода, где оно возникает. В конструкции металлическую стойку заменили слоем титаната бария (BaTiO₃): стойка мешала отводу тепла, а новый слой помогает распределить электрическое поле у края диода.

Тепловое сопротивление корпуса с BaTiO₃ составило 0,47 К/Вт. У варианта с металлической стойкой оно было 1,05 К/Вт. Чем ниже тепловое сопротивление, тем легче отводить тепло при той же мощности. Упрощённо, это похоже на замену узкого пути для тепла более свободным. При этом корпус должен ещё и правильно распределять электрическое поле.

Можно представить выключатель, который работает короткими мощными импульсами: во время каждого он нагревается, а между импульсами остывает. Так возникают высокие пики мощности, хотя непрерывно модуль её не передаёт. В испытании модуль переключал напряжение 1000 В и ток 1000 А с частотой 1 кГц. Если импульсы следуют часто или устройство долго остаётся включённым, тепло может накапливаться. Авторы отмечают, что в таком режиме нужно более эффективное внешнее охлаждение.

До применения таких модулей в энергосистемах остаются и другие задачи. Авторы указывают на необходимость улучшить однородность пластин оксида галлия и уменьшить число дефектов, повысить надёжность при высоких электрических полях и температурах выше испытанных 250 °C, а также разработать транзисторы на этом материале. В статье показан диодный модуль, а не полностью интегрированная система. Подробнее о подготовке публикации по результатам исследования можно узнать на странице услуги по подготовке научных статей.

Схема показывает роль материала, корпуса и охлаждения в работе диодного модуля на оксиде галлия и поясняет, почему мегаваттный результат относится к импульсному режиму.

Фото: Surprising_Media / Pixabay