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始加速尋找環境友好型、可持續發展的新能源。

國際能源機構（IEA）稱，他們的路線是正確的，而最重要的是科技創新。現在清潔能源領域已經吸引了大量的投資，例如，可再生能源、高能源效率和低污染技術等。但是分析家預計該領域在未來的2030年中將會出現真正的投資激增。

轉變正在進行
在20世紀，當礦物燃料成為第一次工業革命推動力的時候，我們的經濟特點是大量的人工勞動、大型工廠以及物質資料的生產。那時我們認為世界上的資源好像是無限的。現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而投向對環境更加友好的方法。

現在，技術創新推動著我們的經濟發展，通過服務和內容等非物質資料來改善我們的生活質量。技術創新也將成為解決能源挑戰的關鍵，解決這項挑戰的唯一途徑便是大規模開發利用可再生能源，并以一切可以想到的方式來節省能源。

電子行業在這項轉變中將承擔重要的角色。用于產生可再生能源的技術，例如光伏系統、非糧食型生物燃料、風能以及混合動力汽車，得到了著名芯片公司的關注。

技術解決方案
不過，引入可再生能源資源來發電會給現有的電力網絡基礎設施帶來新的挑戰：
如何解決負載數量的增多，如何將各種非本地的能量來源集成到同一電力網格上，如何解決不同能量來源之間的波動（考慮到風力發電廠），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。

這些挑戰推動著“智能電網”向前發展。智能電網將有助于實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的需求來管理電力分配。同大多數即將出現的新型節能技術一樣，智能電網的發展將由功率轉換系統的進步所推動，特別是功率電子器件的進步。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行節能活動之外，一些新的技術解決方案，例如，基于傳感器的高效智能的ICT（信息與通信技術）系統、更高效的功率轉換以及固態照明，將會有助于減少能源消耗。

功率電子技術的角色
用于產生和轉換能量的功率電子技術覆蓋了ICT的供電、電機驅動，太陽能轉換器以及混合動力電動車輛等大量應用。現在，超過60%的電能會流經硅基器件。改善功率電子系統的性能似乎日益成為顯著降低電力消耗的關鍵因素。

必須開發出能夠在高電壓、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器件。對于半導體開發人員來說，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。

能源產生器件的進一步創新和改善將需要使用寬帶隙半導體，后者能夠用于生產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和傳導損耗。