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Artigo muito interessante publicado na Revista Eletrônica Inovação Tecnológica de 07/11/2017 sobre um avanço na eletrônica de potencia.
Semicondutores de bandgaplarga
Conforme o desempenho da eletrônica de potência baseada em silício se aproxima de sua capacidade máxima, aumenta o interesse nos semicondutores de grandes intervalos de energia, ou WBG (Wide BandGap) - esses intervalos referem-se à energia necessária para fazer um elétron sair de seu estado fundamental e passar para um estado condutor.
Considerados como significativamente mais eficientes em termos de energia, esses semicondutores emergiram como principais candidatos para o desenvolvimento de transistores de efeito de campo (FETs) para a próxima geração de eletrônicos envolvendo a conversão e o controle de energia elétrica em níveis mais elevados, como os utilizados nos veículos elétricos, nos geradores eólicos, na distribuição de energia e em uma infinidade de outras aplicações de alta potência.
O diamante é amplamente reconhecido como o material WBG ideal, devido às suas propriedades físicas, que permitem que os aparelhos funcionem a temperaturas, tensões e frequências muito mais altas, e com menores perdas de energia. Mas ainda havia desafios a vencer para seu uso prático.
Esquema de funcionamento e foto dos protótipos do transístor de diamante de alta potência (MOSFET). [Imagem: Institut NÉEL]
Transístor de diamante
Um dos principais desafios para tirar proveito de todo o potencial do diamante em um tipo importante de FET - o MOSFET (transístor de efeito de campo de óxido metálico semicondutor) - é aumentar a mobilidade do canal de cargas positivas, ou lacunas. Essa mobilidade, relacionada à facilidade com que a corrente flui, é essencial para ligar a corrente no MOSFET - um transístor pode ficar em um estado ligado ou em um estado desligado.
Agora, uma equipe da França, Reino Unido e Japão, adotou uma nova abordagem para resolver esse problema dopando os MOSFETs de diamante com boro, o que aumentou a mobilidade das cargas positivas em 10 vezes.
"Nós fabricamos um transístor em que o estado ligado é mantido pelo canal de condução inteiro através da epicamada de diamante dopado com boro," disse Julien Pernot, pesquisador do Instituto NEEL, na França. "Nossa prova de conceito abre caminho para explorar plenamente o potencial do diamante para aplicações MOSFET".
Pernot observa que o mesmo princípio pode ser aplicado a outros semicondutores WBG: "O boro é a solução de dopagem para o diamante, mas outras impurezas dopantes provavelmente seriam adequadas para permitir que outros semicondutores de grande intervalo de banda alcancem um regime estável de depleção profunda".
O resultado foi tão bom que os pesquisadores criaram uma empresa, a DiamFab, para começar a comercializar os transistores MOSFET de diamante.
Bibliografia:
Deep depletion concept for diamond MOSFET
Thanh-Toan Pham, Nicolas Rouger, Cedric Masante, Gauthier Chicot, Florin Udrea, David Eon, Etienne Gheeraert, Julien Pernot
Applied Physics Letters
Vol.: 111, 173503
DOI: 10.1063/1.4997975
Deep depletion concept for diamond MOSFET
Thanh-Toan Pham, Nicolas Rouger, Cedric Masante, Gauthier Chicot, Florin Udrea, David Eon, Etienne Gheeraert, Julien Pernot
Applied Physics Letters
Vol.: 111, 173503
DOI: 10.1063/1.4997975
Artigo anterior publica sobre este tema :
A mesma revista publicou o seguinte em 17/08/2017.
Primeiro chip feito com transistores de diamante
Transístor de diamante
Engenheiros japoneses apresentaram o primeiro circuito lógico construído com transistores à base de diamante.
Enquanto versões anteriores de chips de diamante fossem híbridos de válvulas e semicondutores, o novo circuito foi construído com base nos MOSFETs, transistores de efeito de campo (FET) baseados em semicondutores de óxidos metálicos (MOS).
Os chips de diamante provavelmente não concorrerão com os processadores tradicionais de silício, sendo talhados para aplicações em ambientes extremos de temperatura, pressão e radiação - como no espaço ou em equipamentos no interior de usinas e fábricas, por exemplo.
Uma técnica de fabricação inédita permite fazer uma interface precisa entre vários óxidos semicondutores e os diamantes. [Imagem: Jiangwei Liu et al. - 10.1109/LED.2017.2702744]
Chip de diamante
O diamante tem alta mobilidade de cargas elétricas, elevada condutividade térmica e é muito resistente, o que o torna um material promissor para o desenvolvimento de circuitos integrados que devem funcionar de forma estável em alta temperatura, alta frequência e alta potência.
Contudo, vinha sendo um desafio controlar a polaridade dos transistores de diamante e fabricar no mesmo substrato MOSFETs que operem em modo de depleção e em modo de acumulação - os dois principais tipos de chaveamento, correspondentes a se o transístor está ligado ou desligado, respectivamente.
Jiangwei Liu e seus colegas conseguiram as duas coisas desenvolvendo uma técnica de fabricação inédita que permite fazer uma interface precisa entre vários óxidos semicondutores e os diamantes - a descrição da técnica está cercada de segredos, estando em processo de patenteamento.
Com a demonstração de um circuito funcional, o próximo passo da equipe será construir chips de maior complexidade, que possam ser usados em aplicações reais, eventualmente eliminando os caros e complicados sistemas de proteção antirradiação, antitérmica e anti-raios cósmicos que os chips de silício exigem para serem usados em condições extremas.
Bibliografia:
Logic Circuits With Hydrogenated Diamond Field-Effect Transistors
Jiangwei Liu, Hirotaka Ohsato, Meiyong Liao, Masataka Imura, Eiichiro Watanabe, Yasuo Koide
IEEE Electron Device Letters
Vol.: 38, Issue: 7
DOI: 10.1109/LED.2017.2702744
Logic Circuits With Hydrogenated Diamond Field-Effect Transistors
Jiangwei Liu, Hirotaka Ohsato, Meiyong Liao, Masataka Imura, Eiichiro Watanabe, Yasuo Koide
IEEE Electron Device Letters
Vol.: 38, Issue: 7
DOI: 10.1109/LED.2017.2702744
Fontes :
J.A.
