El postdoc del MIT, Yuhao Zhang, maneja una oblea con cientos de dispositivos verticales de nitruro de galio fabricados a partir de la l\u00ednea de producci\u00f3n de Microsystems Technology Laboratories. El nuevo dise\u00f1o podr\u00eda reducir dr\u00e1sticamente el desperdicio de energ\u00eda en veh\u00edculos el\u00e9ctricos, centros de datos y la red el\u00e9ctrica.<\/p>\n
La electr\u00f3nica de potencia, que hace cosas como modificar voltajes o convertir entre corriente continua y alterna, est\u00e1 en todas partes.\u00a0Est\u00e1n en los ladrillos de poder que usamos para cargar nuestros dispositivos port\u00e1tiles;\u00a0est\u00e1n en los paquetes de bater\u00edas de autos el\u00e9ctricos;\u00a0y est\u00e1n en la propia red el\u00e9ctrica, donde median entre las l\u00edneas de transmisi\u00f3n de alta tensi\u00f3n y los voltajes m\u00e1s bajos de los enchufes el\u00e9ctricos dom\u00e9sticos.<\/p>\n
La conversi\u00f3n de energ\u00eda es intr\u00ednsecamente ineficiente: un convertidor de potencia nunca generar\u00e1 tanta energ\u00eda como lo requiera. Pero recientemente, los convertidores de energ\u00eda hechos de nitruro de galio han comenzado a llegar al mercado, con mayores eficiencias y tama\u00f1os m\u00e1s peque\u00f1os que la energ\u00eda convencional basada en silicio convertidores.<\/p>\n
Sin embargo, los dispositivos el\u00e9ctricos de nitruro de galio comercial no pueden manejar voltajes superiores a 600 voltios, lo que limita su uso a la electr\u00f3nica dom\u00e9stica.<\/p>\n
En la Reuni\u00f3n Internacional de Dispositivos Electr\u00f3nicos del Instituto de Ingenieros El\u00e9ctricos y Electr\u00f3nicos, investigadores del MIT, la empresa de semiconductores IQE, la Universidad de Columbia, IBM y la Alianza Singapur-MIT para Investigaci\u00f3n y Tecnolog\u00eda presentaron un nuevo dise\u00f1o que, en pruebas, permiti\u00f3 dispositivos de alimentaci\u00f3n de nitruro de galio para manejar voltajes de 1,200 voltios.<\/p>\n
Esa ya es suficiente capacidad para su uso en veh\u00edculos el\u00e9ctricos, pero los investigadores enfatizan que su dispositivo es un primer prototipo fabricado en un laboratorio acad\u00e9mico.\u00a0Ellos creen que el trabajo adicional puede aumentar su capacidad al rango de 3.300 a 5.000 voltios, para llevar las eficiencias del nitruro de galio a la electr\u00f3nica de potencia en la propia red el\u00e9ctrica.<\/p>\n
Esto se debe a que el nuevo dispositivo utiliza un dise\u00f1o fundamentalmente diferente de la electr\u00f3nica de potencia de nitruro de galio existente.<\/p>\n
“Todos los dispositivos que est\u00e1n disponibles en el mercado son los denominados dispositivos laterales”, dice Tom\u00e1s Palacios, profesor de ingenier\u00eda el\u00e9ctrica e inform\u00e1tica del MIT, miembro de Microsystems Technology Laboratories y autor principal del nuevo documento.\u00a0“As\u00ed que todo el dispositivo est\u00e1 fabricado en la superficie superior de la oblea de nitruro de galio, lo que es bueno para aplicaciones de baja potencia como el cargador de computadora port\u00e1til.\u00a0Pero para aplicaciones de potencia media y alta, los dispositivos verticales son mucho mejores.\u00a0Estos son dispositivos donde la corriente, en lugar de fluir a trav\u00e9s de la superficie del semiconductor, fluye a trav\u00e9s de la oblea, a trav\u00e9s del semiconductor.\u00a0Los dispositivos verticales son mucho mejores en t\u00e9rminos de la cantidad de voltaje que pueden administrar y la cantidad de corriente que controlan “.<\/p>\n
Por un lado, explica Palacios, la corriente fluye hacia una superficie de un dispositivo vertical y hacia el otro.\u00a0Eso significa que simplemente hay m\u00e1s espacio para conectar los cables de entrada y salida, lo que permite cargas de corriente m\u00e1s altas.<\/p>\n
Por otro, dice Palacios, “cuando tienes dispositivos laterales, toda la corriente fluye a trav\u00e9s de una losa muy estrecha de material cerca de la superficie.\u00a0Estamos hablando de una losa de material que podr\u00eda tener solo 50 nan\u00f3metros de espesor.\u00a0As\u00ed que toda la corriente pasa por all\u00ed, y todo el calor se genera en esa regi\u00f3n muy estrecha, por lo que se pone muy, muy, muy caliente.\u00a0En un dispositivo vertical, la corriente fluye a trav\u00e9s de toda la oblea, por lo que la disipaci\u00f3n de calor es mucho m\u00e1s uniforme “.<\/p>\n
Estrechando el campo<\/strong><\/p>\n
Aunque sus ventajas son bien conocidas, los dispositivos verticales han sido dif\u00edciles de fabricar en nitruro de galio.\u00a0La electr\u00f3nica de potencia depende de los transistores, dispositivos en los que una carga aplicada a una “compuerta” conmuta un material semiconductor, como el silicio o el nitruro de galio, entre un estado conductor y otro no conductivo.<\/p>\n
Para que ese cambio sea eficiente, la corriente que fluye a trav\u00e9s del semiconductor debe limitarse a un \u00e1rea relativamente peque\u00f1a, donde el campo el\u00e9ctrico de la puerta puede ejercer una influencia sobre ella.\u00a0En el pasado, los investigadores hab\u00edan intentado construir transistores verticales mediante la incorporaci\u00f3n de barreras f\u00edsicas en el nitruro de galio para dirigir la corriente a un canal debajo de la puerta.<\/p>\n
Pero las barreras est\u00e1n construidas a partir de un material temperamental que es costoso y dif\u00edcil de producir, y su integraci\u00f3n con el nitruro de galio circundante de una manera que no interrumpe las propiedades electr\u00f3nicas del transistor tambi\u00e9n ha demostrado ser un desaf\u00edo.<\/p>\n
Palacios y sus colaboradores adoptan una alternativa simple pero efectiva.\u00a0El equipo incluye a los primeros autores Yuhao Zhang, un postdoc en el laboratorio de Palacios, y Min Sun, quien recibi\u00f3 su doctorado en el MIT en el Departamento de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y Ciencias de la Computaci\u00f3n (EECS) la primavera pasada;\u00a0Daniel Piedra y Yuxuan Lin, estudiantes graduados del MIT en EECS;\u00a0Jie Hu, un postdoc en el grupo de Palacios;\u00a0Zhihong Liu de la Alianza Singapur-MIT para Investigaci\u00f3n y Tecnolog\u00eda;\u00a0Xiang Gao de IQE;\u00a0y Columbia, Ken Shepard.<\/p>\n
En lugar de utilizar una barrera interna para dirigir la corriente a una regi\u00f3n estrecha de un dispositivo m\u00e1s grande, simplemente usan un dispositivo m\u00e1s estrecho.\u00a0Sus transistores verticales de nitruro de galio tienen protuberancias en forma de cuchilla en la parte superior, conocidas como “aletas”. En ambos lados de cada aleta hay contactos el\u00e9ctricos que en conjunto act\u00faan como una puerta.\u00a0La corriente entra al transistor a trav\u00e9s de otro contacto, en la parte superior de la aleta, y sale por la parte inferior del dispositivo.\u00a0La estrechez de la aleta asegura que el electrodo de compuerta pueda encender y apagar el transistor.<\/p>\n
“La brillante idea de Yuhao y Min, creo, fue decir: ‘En lugar de confinar la corriente al tener m\u00faltiples materiales en la misma oblea, confinemos geom\u00e9tricamente al eliminar el material de aquellas regiones donde no queremos que la corriente fluya “, Dice Palacios.\u00a0“En lugar de hacer la ruta en zigzag complicada para la corriente en transistores verticales convencionales, cambiemos la geometr\u00eda del transistor por completo”.<\/p>\n
Fuente:<\/strong> MIT<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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