Investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado un interruptor de energía de nitruro de galio (GaN) totalmente autóctono que puede tener aplicaciones potenciales en sistemas como convertidores de energía para vehículos eléctricos y computadoras portátiles, así como en comunicaciones inalámbricas. El cambio, del crecimiento de materiales a la fabricación de dispositivos y al embalaje, se desarrolló internamente en el Centro de Nanociencia e Ingeniería (CeNSE), IISc.
Debido a su alto rendimiento y eficiencia, los transistores GaN están preparados para reemplazar a los transistores tradicionales basados en silicio como componentes básicos de muchos dispositivos electrónicos, como cargadores ultrarrápidos para vehículos eléctricos, teléfonos y computadoras portátiles, así como aplicaciones espaciales y militares como radares. .
«Es una tecnología muy prometedora y disruptiva», afirma Digbijoy Nath, profesor asociado del CeNSE y autor correspondiente del estudio publicado en Microelectronic Engineering, «pero el material y los dispositivos tienen una importación muy restringida… No tenemos obleas de nitruro de galio». capacidad de producción a escala comercial en la India todavía.» El know-how de fabricación de estos dispositivos también es un secreto muy bien guardado y se han publicado pocos estudios sobre los detalles de los procesos implicados, añade.
Los interruptores de alimentación se utilizan para controlar el flujo de energía (esencialmente encender o apagar) dispositivos electrónicos. Para diseñar el interruptor de alimentación de GaN, el equipo del IISc utilizó una técnica de deposición química de vapor orgánico metálico desarrollada y optimizada durante una década por investigadores del laboratorio. de Srinivasan Raghavan, profesor y presidente del CeNSE, que consiste en hacer crecer cristales de aleación de GaN capa por capa sobre una oblea de silicio de dos pulgadas para fabricar un transistor multicapa.
Todo el proceso debe llevarse a cabo cuidadosamente en una sala limpia para garantizar que no surjan defectos debido a condiciones ambientales como la humedad o la temperatura, que pueden afectar el rendimiento del dispositivo. El equipo también contó con la ayuda de Kaushik Basu, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica (EE) y su laboratorio, para construir un circuito eléctrico utilizando estos transistores y probar su rendimiento de conmutación.
Los transistores GaN normalmente funcionan en lo que se llama un «modo de agotamiento»: están encendidos todo el tiempo a menos que se les aplique un voltaje negativo para apagarlos. Pero los interruptores de alimentación utilizados en cargadores y adaptadores deben funcionar al revés: normalmente necesitan estar apagado y no transportar corriente, y solo debe encenderse cuando se aplica un voltaje positivo («modo de mejora»). Para lograr esta operación, el equipo combinó el transistor GaN con un transistor de silicio disponible comercialmente para mantener el dispositivo normalmente apagado.
«El embalaje del dispositivo también fue desarrollado localmente», explica Rijo Baby, estudiante de doctorado en CeNSE y primer autor del estudio. Después del embalaje y las pruebas, el equipo encontró que el rendimiento del dispositivo era comparable al de última generación. Interruptores de última generación disponibles comercialmente, con un tiempo de conmutación de aproximadamente 50 nanosegundos entre operaciones de encendido y apagado.
En el futuro, los investigadores planean aumentar las dimensiones del dispositivo para que pueda funcionar con altas corrientes y diseñar un convertidor de potencia que pueda aumentar o reducir los voltajes.
«Si nos fijamos en las organizaciones estratégicas de la India, les resulta difícil conseguir transistores de GaN… Es imposible importarlos más allá de una determinada cantidad o clasificación de potencia/frecuencia», dice Nath. «Esto es esencialmente una demostración del desarrollo de la tecnología autóctona de GaN. «.
►La entrada Un equipo de investigación indio desarrolla un interruptor de alimentación de nitruro de galio totalmente autóctono se publicó primero en MxPolítico.◄
