Los semiconductores de potencia juegan un papel importante en la conversión de potencia en una amplia gama de equipos electrónicos que utilizamos en nuestra vida diaria. desde teléfonos inteligentes y computadoras hasta energía fotovoltaica y vehículos eléctricos. Dado el uso extenso y global de semiconductores de potencia, los científicos se han centrado en hacerlos más eficientes energéticamente y rentables.

Se han logrado grandes avances hacia este objetivo a través de PowerBase, un proyecto financiado en parte por la UE con 39 socios de 9 países europeos. Los fondos de PowerBase también contribuyeron al desarrollo de una nueva tecnología de sustrato de nitruro de galio (GaN) basada en la cual los dispositivos de potencia podrán operar a voltajes superiores a 650 V. Este desarrollo fue anunciado recientemente por un centro internacional de I + D e innovación con sede en Bélgica y una empresa estadounidense. empresa de tecnología sin fábulas. Sus esfuerzos conjuntos dieron como resultado este avance hacia semiconductores de potencia más eficientes.

La eficiencia energética de los nuevos dispositivos de potencia se logra a través de GaN, una tecnología prometedora para aplicaciones de semiconductores de potencia. El calor resultante de las pérdidas de energía es un efecto secundario importante en la electrónica. Mientras operan, Los dispositivos y circuitos electrónicos generan calor. Cuanto más y más rápido trabajen, cuanto más exceso de calor se crea, lo que eventualmente compromete el rendimiento y conduce a su falla prematura. Con sus mayores resistencias de ruptura y velocidades de conmutación más rápidas, GaN tiene el potencial de reducir la pérdida de energía durante la conversión de energía.

Hasta ahora, La tecnología GaN-on-silicon se ha utilizado para dispositivos comerciales de energía GaN que operan a hasta 650 V, con capas de amortiguación de 200 mm entre el dispositivo de GaN y el sustrato de silicio. Sin embargo, para aplicaciones como energías renovables y vehículos eléctricos, cuyas necesidades van más allá de los 650 V, Los dispositivos de energía basados ​​en GaN han resultado problemáticos.

La dificultad radica en aumentar el grosor del búfer, que se basa en nitruro de aluminio y galio (AlGaN), a los niveles requeridos para mayores averías y bajos niveles de fugas. Esto se debe a que existe un desajuste en el coeficiente de expansión térmica (CTE) entre las capas epitaxiales de GaN / AlGaN y el sustrato de silicio. Simplemente hablando, los dos no se expanden al mismo ritmo con un cambio de temperatura. Aunque se han considerado sustratos de silicio más gruesos como una forma de evitar la deformación y el arqueamiento de las obleas para 900 V y más, dan lugar a otras preocupaciones, como la pérdida de resistencia mecánica y problemas de compatibilidad en algunas herramientas de procesamiento.

El problema se ha resuelto con el desarrollo de dispositivos de potencia p-GaN en modo de mejora de alto rendimiento en sustratos compatibles con CTE de 200 mm. La expansión térmica de los sustratos se asemeja mucho a la de las capas epitaxiales de GaN / AlGaN. Esto sienta las bases para dispositivos de potencia con búfer de 900 a 1200 V y más en sustratos de 200 mm de espesor estándar, con nuevas e interesantes perspectivas para futuras aplicaciones comerciales.

Ahora llegando a su conclusión, PowerBase (sustratos mejorados y líneas piloto de GaN que permiten aplicaciones de energía compacta) ha trabajado para avanzar en las tecnologías actuales de semiconductores de energía. Lograr esto, se ha centrado en establecer una línea piloto de tecnología GaN de banda ancha calificada y en ampliar los límites de los materiales de sustrato basados ​​en silicio actuales para semiconductores de potencia. Otros objetivos incluyeron la introducción de soluciones de envasado avanzadas a partir de una línea piloto de incorporación de chips dedicada y la demostración del potencial de innovación en los principales dominios de aplicaciones de energía compacta.