新型功率半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)使可持續(xù)能源成為可能

最新估計(jì)表明，到2050年我們所需要的能源可能會(huì)達(dá)到現(xiàn)有能源的兩倍。礦物燃料的有害影響和隱約出現(xiàn)的短缺促使人們最近開始加速尋找環(huán)境友好型、可持續(xù)發(fā)展的新能源。

國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）稱，他們的路線是正確的，而最重要的是科技創(chuàng)新?，F(xiàn)在清潔能源領(lǐng)域已經(jīng)吸引了大量的投資，例如，可再生能源、高能源效率和低污染技術(shù)等。但是分析家預(yù)計(jì)該領(lǐng)域在未來的2030年中將會(huì)出現(xiàn)真正的投資激增。

轉(zhuǎn)變正在進(jìn)行
在20世紀(jì)，當(dāng)?shù)V物燃料成為第一次工業(yè)革命推動(dòng)力的時(shí)候，我們的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)是大量的人工勞動(dòng)、大型工廠以及物質(zhì)資料的生產(chǎn)。那時(shí)我們認(rèn)為世界上的資源好像是無限的?，F(xiàn)在我們遇到了資源枯竭、礦物燃料所帶來的限制以及氣候變化的問題，這些問題使我們不得不重新考慮我們的能源消耗并轉(zhuǎn)而投向?qū)Νh(huán)境更加友好的方法。

現(xiàn)在，技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)著我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，通過服務(wù)和內(nèi)容等非物質(zhì)資料來改善我們的生活質(zhì)量。技術(shù)創(chuàng)新也將成為解決能源挑戰(zhàn)的關(guān)鍵，解決這項(xiàng)挑戰(zhàn)的唯一途徑便是大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源，并以一切可以想到的方式來節(jié)省能源。

電子行業(yè)在這項(xiàng)轉(zhuǎn)變中將承擔(dān)重要的角色。用于產(chǎn)生可再生能源的技術(shù)，例如光伏系統(tǒng)、非糧食型生物燃料、風(fēng)能以及混合動(dòng)力汽車，得到了著名芯片公司的關(guān)注。

技術(shù)解決方案
不過，引入可再生能源資源來發(fā)電會(huì)給現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施帶來新的挑戰(zhàn)：
如何解決負(fù)載數(shù)量的增多，如何將各種非本地的能量來源集成到同一電力網(wǎng)格上，如何解決不同能量來源之間的波動(dòng)（考慮到風(fēng)力發(fā)電廠），如何更高效地傳送電力，如何確保電力供應(yīng)的高可靠性和高穩(wěn)定性，這些都是我們面臨的新挑戰(zhàn)。

這些挑戰(zhàn)推動(dòng)著“智能電網(wǎng)”向前發(fā)展。智能電網(wǎng)將有助于實(shí)現(xiàn)可再生能源和傳統(tǒng)能源的高效集成，根據(jù)資源的可用性和用戶的需求來管理電力分配。同大多數(shù)即將出現(xiàn)的新型節(jié)能技術(shù)一樣，智能電網(wǎng)的發(fā)展將由功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的進(jìn)步所推動(dòng)，特別是功率電子器件的進(jìn)步。其結(jié)果將是，能源供應(yīng)的效率和可靠性提高，而能源消耗反而降低。

除了改變行為以及提倡在住宅和辦公建筑中進(jìn)行節(jié)能活動(dòng)之外，一些新的技術(shù)解決方案，例如，基于傳感器的高效智能的ICT（信息與通信技術(shù)）系統(tǒng)、更高效的功率轉(zhuǎn)換以及固態(tài)照明，將會(huì)有助于減少能源消耗。

功率電子技術(shù)的角色
用于產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換能量的功率電子技術(shù)覆蓋了ICT的供電、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，太陽能轉(zhuǎn)換器以及混合動(dòng)力電動(dòng)車輛等大量應(yīng)用?，F(xiàn)在，超過60%的電能會(huì)流經(jīng)硅基器件。改善功率電子系統(tǒng)的性能似乎日益成為顯著降低電力消耗的關(guān)鍵因素。

必須開發(fā)出能夠在高電壓、高電流密度和高溫條件下工作的更高效、更快且更可靠的固態(tài)器件。對(duì)于半導(dǎo)體開發(fā)人員來說，這是非常具有挑戰(zhàn)性的。功率電子器件正在接近硅材料的固有極限。

能源產(chǎn)生器件的進(jìn)一步創(chuàng)新和改善將需要使用寬帶隙半導(dǎo)體，后者能夠用于生產(chǎn)具有較高擊穿電壓的器件。其中，最好的備選材料似乎是III族氮化物寬帶隙材料，因?yàn)樗鼈兺瑫r(shí)具備高電壓和高電子速度，從而顯著降低了在高壓下的開關(guān)和傳導(dǎo)損耗。