新型功率半導體結構使可持續能源成為可能

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

國際能源機構（IEA）稱(chēng)，他們的路線(xiàn)是正確的，而最重要的是科技創(chuàng )新?，F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。但是分析家預計該領(lǐng)域在未來(lái)的2030年中將會(huì )出現真正的投資激增。

轉變正在進(jìn)行
在20世紀，當礦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)濟特點(diǎn)是大量的人工勞動(dòng)、大型工廠(chǎng)以及物質(zhì)資料的生產(chǎn)。那時(shí)我們認為世界上的資源好像是無(wú)限的?，F在我們遇到了資源枯竭、礦物燃料所帶來(lái)的限制以及氣候變化的問(wèn)題，這些問(wèn)題使我們不得不重新考慮我們的能源消耗并轉而投向對環(huán)境更加友好的方法。

現在，技術(shù)創(chuàng )新推動(dòng)著(zhù)我們的經(jīng)濟發(fā)展，通過(guò)服務(wù)和內容等非物質(zhì)資料來(lái)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的關(guān)鍵，解決這項挑戰的唯一途徑便是大規模開(kāi)發(fā)利用可再生能源，并以一切可以想到的方式來(lái)節省能源。

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

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

這些挑戰推動(dòng)著(zhù)“智能電網(wǎng)”向前發(fā)展。智能電網(wǎng)將有助于實(shí)現可再生能源和傳統能源的高效集成，根據資源的可用性和用戶(hù)的需求來(lái)管理電力分配。同大多數即將出現的新型節能技術(shù)一樣，智能電網(wǎng)的發(fā)展將由功率轉換系統的進(jìn)步所推動(dòng)，特別是功率電子器件的進(jìn)步。其結果將是，能源供應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、更高效的功率轉換以及固態(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)生和轉換能量的功率電子技術(shù)覆蓋了ICT的供電、電機驅動(dòng)，太陽(yáng)能轉換器以及混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛等大量應用?，F在，超過(guò)60%的電能會(huì )流經(jīng)硅基器件。改善功率電子系統的性能似乎日益成為顯著(zhù)降低電力消耗的關(guān)鍵因素。

必須開(kāi)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。對于半導體開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，這是非常具有挑戰性的。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，因為它們同時(shí)具備高電壓和高電子速度，從而顯著(zhù)降低了在高壓下的開(kāi)關(guān)和傳導損耗。