Un proyecto de investigación europeo logra desarrollar una nueva generación de semiconductores de potencia energéticamente eficientes usando nitruro de galio en innovadores sustratos, sentando las bases para la conversión de energía con menores pérdidas energéticas y en tamaños compactos. 

Para fortalecer la posición de Europa en semiconductores de potencia y electrónica industrial, las empresas con sede en Europa necesitan acceso a las últimas tecnologías innovadoras para crear prototipos y fabricar dispositivos para aplicaciones más eficientes y compactas. En particular, a medida que los dispositivos electrónicos se van hacer más pequeños, hay una necesidad de nuevos semiconductores de potencia basados en nuevos materiales y diseños. El Nitruro de Galio (GaN) es uno de los candidatos más prometedores para el desarrollo de nuevos materiales semiconductores. Tiene un hueco de banda (bandgap) más amplio que los materiales semiconductores de silicio, lo que implica que puede habilitar voltajes más amplios (por ejemplo, 600 voltios) con una baja resistencia. Estas características son la base para una conversión de energía con menores pérdidas. Por lo tanto, los nuevos dispositivos GaN tienen un gran potencial para satisfacer las demandas futuras de la industria.

El proyecto financiado por la UE,  PowerBase, ha logrado desarrollar la próxima generación de semiconductores de nitruro de galio energéticamente eficientes, capaces de operar con altas tensiones y densidades de corrientes necesarias para ofrecer aplicaciones de energía compactas.

“El principal logro del proyecto fue la creación de la primera generación de semiconductores de potencia de nitruro de galio de calidad industrial en Europa, habilitando aplicaciones más pequeñas y eficientes para la conversión de energía”, explica el coordinador del proyecto Herbert Pairitsch de Infineon Technologies Austria AG.

Como resultado directo de la investigación y solo seis meses después de que terminara el proyecto, los primeros productos energéticos producidos en Europa, los semiconductores de nitruro de galio, se lanzaron en el mercado global, bajo la marca comercial CoolGaNTM.

Líneas piloto y nuevos desarrollos 

Adicionalmente el consorcio POWERBASE también estableció líneas piloto para el desarrollo de los nuevos semiconductores mediante la mejora de una línea de fabricación de silicio existente. El proceso está totalmente integrado y es compatible con las instalaciones de fabricación de CMOS (semiconductores metálicos complementarios de óxido metálico de gran volumen).

“El mercado de GaN sigue siendo muy pequeño, por lo que necesitamos coproducción con tecnología de silicio, con solo un pequeño volumen de equipos dedicados. Fue una gran tarea demostrar que no pueden ocurrir contaminaciones cruzadas”, explica Pairitsch.

El consorcio del proyecto llevó a cabo la investigación y desarrollo a lo largo de toda la cadena de valor, incluidos sustratos, dispositivos, envases y aplicaciones de demostradores de «energía inteligente». La investigación básica generó nuevos conocimientos sobre los materiales de nitruro de galio, en particular con respecto a su fiabilidad en semiconductores para aplicaciones de alta tensión.

La disponibilidad temprana de dispositivos de potencia mejorada fabricados en la UE será vital para mantener la competitividad de las industrias europeas, incluso en los campos de las comunicaciones, los vehículos eléctricos, la iluminación y la energía fotovoltaica. Puede consultar más información sobre el proyecto en el siguiente enlace.