Nature Co妹妹unications：新型智能应力调控功率器件 – 质料牛

发布时间：2025-07-04 19:00:40 来源： 作者：网红话题

【引止】

智能功率器件正在底子电源克制到先进电源拓扑汇散开均有普遍操做。妹妹传统的新型吸应外部机械旗帜旗号的电力系统一样艰深由散成一系列应力传感器、A/D或者D/A转换器、智能质料强电/强电阻止器、应力功率器件等元件，调控正在CPU克制下真现反映反映的功率少链式克制系统。直接吸应外部机械旗帜旗号的器件智能功率器件有利于简化系统庞漂亮、提降牢靠性及吸应速率，妹妹正在自动克制、新型家养智能等规模有潜在操做价钱。智能质料

【功能简介】

人体条件-非条件反射的应力复开系统是一个实时、锐敏吸应/反映反映外部机械旗帜旗号的调控乐成案例，好比正在脊髓反射弧克制下腿部实时吸应机械宽慰的功率膝跳行动，同时仍受下位神经中枢监控。器件借鉴那类复开克制系统，妹妹中国科教院北京纳米能源与系统所王中林院士战胡卫国钻研员的钻研团队基于压电电子教设念了一种新型智能应力调控功率器件（SPD），可能真现重大机械旗帜旗号对于小大功率稀度电力的直接、实时、可编程调控，构建远似于条件-非条件层级克制系统。AlGaN/GaN HEMT（下电子迁移率晶体管）是备受闭注的新一代下温、下压、下功率电力电子器件，普遍操做于能源、财富能源、汽车电子、自动克制等规模。钻研中回支同背-同背齐干法刻蚀足艺，正在微米尺度的悬臂梁挨算上制备AlGaN/GaN HEMT单元；基于王中林院士2006年提出的压电电子教实际，外部重大机械旗帜旗号调制AlGaN/GaN同量结处压电极化场的强度与扩散，从而调制两维电子气浓度，事实下场真现对于小大功率电力输入的直接克制；同时保存电教栅极，克制电力对于机械旗帜旗号吸应的吸应度，远似于下位神经中枢的可编程管控。操做那类新型智能应力调控功率器件，验证了减速率反映反映电力克制的新式层级克制系统。那类新型智能功率器件可能约莫极小大简化系统庞漂亮，小大幅降降系统老本，同时提降牢靠性、吸应速率，有利于构建多路并止、扩散式汇散，进一步削减部份单元掉踪能对于系统晃动性的侵略，将正在自动驾驶、仿去世机械人、自动克制等规模有普遍操做远景。

该钻研功能以“Strain-controlled power devices as inspired by human reflex”为题，宣告正在远期的《做作-通讯》上（Nature Co妹妹unications）。中国科教院北京纳米能源与系统钻研所化麒麟副钻研员、胡卫国钻研员战王中林院士为配激进讯做者。该钻研工做患上到了国家做作科教基金、国家重面研收用意、中科院百人用意等名目辅助。

【图文导读】

图1人体神经反射开辟的新型智能应力调控功率器件

a.人体膝跳反射历程的示诡计

b.新型智能应力调控功率器件（SPD）的见识图

图2SPD的挨算及表征

a.微米尺度悬臂梁挨算AlGaN/GaN HEMT单元的示诡计

b.器件单元的扫描电子隐微（SEM）照片

c.AlGaN/AlN/GaN同量结的元素扩散图

d.AlGaN/AlN/GaN同量结的下分讲透射电子隐微（TEM）照片

图3SPD的电教特色

a,b. SPD的输入特色战转移特色直线；

c.有出有微米悬臂梁挨算的AlGaN/AlN/GaN同量结推曼谱比力；

d,e. 栅压分说为-5 V战1 V时，SPD正在不开应力（0-16 mN）下的输入特色直线；

f.SPD正在不开应力（0mN，4 mN战16 mN）下的跨导特色直线。

图4 SPD的应力调控功率输入特色

a.栅压为-5 V战1 V时，SPD正在不开应力（0-16 mN）下的输入功率稀度；

b.SPD的输入功率稀度与输进应变战栅压的关连；

c.SPD正在循环减载/释放应力历程中的相对于输入功率稀度修正。

图5 器件的可一再应力依靠关连阐收

a.连绝减载/释放应力（0/16 mN）历程中的SPD输入特色直线；

b.栅压为-10 V战0 V时，SPD输入与不开应力（0-16 mN）的关连。

图6 SPD的减速率反映反映功率克制

a.自动驾驶汽车正在清静制动情景下的自动无把守输入功率调节的见识图；

b.机械人正在行动历程中真现姿态失调的功率自调节的见识图；

c.SPD正在不开减速率（1-5G）下的实时自调节输入功率；

d.SPD输入功率稀度修正与减速率的关连。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-14234-7

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