En la IEEE IEDM 2021 (International Electron Devices Meeting) celebrada en diciembre, el centro belga de investigación en nanoelectrónica Imec demostró la cointegración de diodos de barrera Schottky de alto rendimiento y HEMT de modo de agotamiento en una plataforma p-GaN 200-V GaN-on-SOI con un sustrato de 200 mm. Esta combinación permite una mayor funcionalidad y rendimiento de los circuitos integrados de potencia de GaN y la integración monolítica de los circuitos de potencia con las funciones de controlador. El resultado son convertidores CC/CC y convertidores de punto de carga más pequeños, rápidos y eficientes.
Integración en sustrato GaN-on-SOI de 200 mm: HEMT p-GaN en modo E (A), HEMT en modo D (B), diodo de barrera Schottky (C)Hasta ahora, uno de los principales obstáculos para lograr un mayor rendimiento de los circuitos integrados de potencia de GaN es la falta de dispositivos GaN de canal p para la tecnología CMOS construida con FET (transistor de efecto de campo) de tipo p y n. En el GaN, la movilidad de los FET de tipo p es superior a la de los FET de tipo n (transistor de efecto de campo). En el GaN, la movilidad de los huecos es 60 veces inferior a la de los electrones. Por tanto, un dispositivo de canal p sería 60 veces mayor que su homólogo de canal n. Una alternativa es sustituir el P-MOS por una resistencia basada en el principio RTL (Resistor Transistor Logic), que implica compromisos en términos de tiempo de conmutación y consumo de energía.
"Mejoramos el rendimiento de los circuitos integrados de GaN combinando interruptores en modo de mejora y en modo de agotamiento. Al añadir HEMT en modo D a HEMT en modo E sobre SOI, podemos pasar de la lógica RTL a la lógica FET de acoplamiento directo, lo que aumenta la velocidad y reduce el consumo de energía", explica Stefaan Decoutere, Director del Programa de Sistemas de Potencia de GaN en Imec. El uso del diodo de barrera Schottky de GaN da lugar a tensiones inversas más altas y menores pérdidas por conmutación en comparación con los dispositivos de Si.
"La nueva plataforma de CI de GaN está disponible para la creación de prototipos en el servicio MPW (multi-project wafer) de Imec", explica Decoutere. "Buscamos fundiciones, casas de diseño y usuarios finales". Se está preparando una versión de 650 V de la plataforma. Las aplicaciones previstas para esta tecnología GaN-on-SOI son conmutadores y convertidores de potencia de alto voltaje, carga rápida de teléfonos móviles y ordenadores portátiles, incluso en vehículos eléctricos, así como inversores para paneles solares en la red eléctrica.
