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Eletrônica

Transistores de diamante levam eletrônica de potência além do silício

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/11/2017

Esquema de funcionamento e foto dos protótipos do transístor de diamante de alta potência (MOSFET). [Imagem: Institut NÉEL]

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.

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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.

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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