GaN for Advanced Power Applications (GaN4AP)

Globalne zapotrzebowanie na energię elektryczną znacząco wzrosło w ciągu ostatnich dekad, a do 2050 roku przewiduje się jego dalszy wzrost o 57%. W związku z tym wydajne systemy przekształcania energii stały się kluczowym elementem światowych działań na rzecz transformacji energetycznej i zielonej gospodarki. Umożliwiają one minimalizację strat energii oraz jej oszczędzanie, przyczyniając się tym samym do ograniczenia emisji CO₂. Półprzewodniki szerokoprzerwowe, takie jak azotek galu (GaN), charakteryzują się wyjątkowymi właściwościami, które pozwalają projektantom systemów na pracę przy wyższych napięciach, temperaturach i częstotliwościach przełączania, osiągając znacznie większą sprawność niż w przypadku tradycyjnych układów krzemowych. Dzięki temu powszechne zastosowanie elektroniki opartej na GaN otworzy drogę do opracowania systemów konwersji energii o stratach bliskich zeru.

W tym kontekście w czerwcu 2021 roku uruchomiono trzyletni europejski projekt GaN4AP (Gallium Nitride for Advanced Power Applications), finansowany w ramach konkursu H2020-ECSEL-2020-1-IA Unii Europejskiej. Projekt został zainicjowany przez dawną organizację ECSEL JU, obecnie działającą jako KDT JU – partnerstwo publiczno-prywatne, którego celem jest utrzymanie Europy w czołówce światowego rozwoju technologicznego.

Projekt GaN4AP łączy przedsiębiorstwa, uczelnie oraz publiczne instytuty badawcze zajmujące się materiałami GaN, urządzeniami półprzewodnikowymi oraz ich zastosowaniami. Konsorcjum składa się z 36 partnerów pochodzących z sześciu krajów europejskich.

Ambitnym celem projektu GaN4AP jest uczynienie elektroniki opartej na azotku galu jednym z kluczowych elementów szerokiego spektrum systemów przekształcania energii. Pozwoli to na radykalne ograniczenie strat energii w układach energoelektronicznych przy jednoczesnym zapewnieniu pracy z wysoką częstotliwością i dużą gęstością mocy. Dzięki wspólnym wysiłkom partnerów projektu wiele różnych zastosowań zyska znaczącą poprawę osiągów bez konieczności zwiększania rozmiarów ani kosztów systemów.

Aby osiągnąć ten cel, projekt GaN4AP będzie rozwijał technologię opartą na GaN poprzez badania nad:

1. systemami przekształcania energii wykorzystującymi najnowocześniejsze tranzystory HEMT oparte na GaN;
2. nowymi materiałami AlScN przeznaczonymi do tranzystorów HEMT pracujących przy wysokich prądach i dużych mocach;
3. nową generacją pionowych (vertical) elementów mocy opartych na objętościowym (bulk) azotku galu;
4. inteligentnymi i zintegrowanymi rozwiązaniami przekształtników mocy opartych na GaN dla elektromobilności (e-Mobility).

Równocześnie przeprowadzona zostanie szeroko zakrojona ocena niezawodności i odporności tych rozwiązań na poziomie całych systemów, aby potwierdzić ich przydatność w sektorze motoryzacyjnym oraz przemysłowym.

Rozwój nowych technologii półprzewodnikowych oraz innowacyjnych topologii układów energoelektronicznych w ramach projektu GaN4AP będzie istotnym czynnikiem wzmacniającym konkurencyjność europejskiego przemysłu w dziedzinie energoelektroniki na rynku światowym.

Więcej informacji o projekcie można znaleźć na stronie internetowej: https://www.gan4ap-project.org/.