VTT:n koordinoimassa WIBASE-hankkeessa kehitetään uuden sukupolven tehoelektroniikan komponentteja, joiden ytimessä ovat niin sanotut UWBG-materiaalit eli ultralaajan kaistaeron puolijohteet. Ne edustavat seuraavaa askelta piin sekä nykyisten SiC- ja GaN-komponenttien jälkeen.
Tehoelektroniikan kehitystä on perinteisesti ohjannut puolijohteen kaistaero. Pii, jonka kaistaero on noin 1,1 elektronivolttia, on hallinnut elektroniikkaa vuosikymmeniä. Sen rajat tulevat kuitenkin vastaan suurissa tehoissa ja jännitteissä. Wide Band-Gap -materiaalit, kuten piikarbidi ja galliumnitridi, nostivat kaistaeron noin 3–3,4 elektronivolttiin ja mahdollistivat energiatehokkaammat invertterit, laturit ja moottorikäytöt.
Seuraava kehitysaskel ovat ultralaajan kaistaeron (UWBG) puolijohteet, joiden kaistaero on tyypillisesti yli 4,5 elektronivolttia. Suurempi kaistaero tarkoittaa, että komponentti kestää selvästi suurempia sähkökenttiä ja jännitteitä, vuotaa vähemmän virtaa ja toimii korkeammissa lämpötiloissa. Käytännössä tämä mahdollistaa pienemmät, kevyemmät ja tehokkaammat tehojärjestelmät.
Vaikka WIBASE-hankkeen tiedotteessa ei nimetä yksittäisiä materiaaleja, tutkimuksessa kansainvälisesti keskeisimmät UWBG-ehdokkaat ovat:
- galliumoksidi (β-Ga₂O₃), joka tarjoaa erittäin korkean jännitekeston
- timantti, jolla on poikkeuksellinen lämmönjohtavuus ja teoreettisesti ylivoimaiset ominaisuudet
- alumiumnitridi (AlN) sekä korkean alumiinipitoisuuden AlGaN-materiaalit, jotka jatkavat GaN-teknologian kehityspolkua kohti suurempia kaistaeroja
UWBG-komponenttien odotetaan mahdollistavan tulevaisuudessa esimerkiksi 10–20 kilovoltin teholaitteet, aiempaa kompaktimmat sähköverkkoratkaisut sekä tehokkaammat raskaan liikenteen ja teollisuuden sähkökäytöt. Laajemman kaupallisen käyttöönoton arvioidaan alkavan vasta 2030-luvulla, sillä haasteita riittää edelleen materiaalien luotettavuudessa, dopauksessa, lämmönhallinnassa ja komponenttien pakkaustekniikoissa.
