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GaN dopado con Berilio será el nuevo substrato para la electrónica

La siguiente generación de semiconductores de potencia estará manufacturada con una base de Nitruro de Galio (GaN) dopada con Berilio, lo que incrementará considerablemente el rendimiento de los sistemas, afirman científicos finlandeses.

(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas)

Durante décadas, la industria ha hecho lo sumamente posible para dar con el mejor substrato semiconductor para manufacturar circuitos eléctricos de mejor calidad, más potentes y eficientes. En su camino, se ha topado con importantes descubrimientos que han permitido crear nuevos substratos.

Ahora, científicos de la Universidad Aalto, en Finlandia, han dado a conocer una nueva propuesta que involucra el uso de Berilio como elemento de dopaje para el Nitruro de Galio (GaN), con el cual presumen, se crea una poderosa base semiconductora que dispara la eficiencia de los circuitos electrónicos, lo que promete impulsar la fabricación de componentes más potentes y eficientes como LEDs y otros módulos utilizados en industrias como la energética, donde se aprovechan para construir y gestionar las redes de distribución eléctricas, lo mismo en electrónica de consumo.

"Hay un crecimiento en la demanda de semiconductores GaN en el sector de electrónica de potencia. Para fabricar dispositivos que puedan procesar las cantidades de energía requeridas en, por ejemplo, vehículos eléctricos, necesitamos estructuras basadas en semiconductores semi-aislantes con propiedades que permitan reducir la pérdida de energía y que puedan disipar el calor de manera eficiente", explicó Filip Tuomisto, profesor en la Universidad Aalto y participante en el proyecto.

La clave de este proyecto radica en el dopaje del GaN con Berilio.

En el comunicado de prensa que difunde la institución, se aplauden los resultados obtenidos por los investigadores afirmando que este nuevo substrato es capaz de distribuir grandes cantidades de energía en menores áreas.

El reporte agrega que los experimentos con Berilio comenzaron formalmente en la década de los 90´s, sin embargo, la falta de instrumentación especializada y una carencia de conocimiento sobre el comportamiento de este elemento químico, no permitieron detectar el potencial que posee para disparar el rendimiento de los circuitos integrados.

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Los académicos finlandeses, en colaboración con colegas norteamericanos y británicos, sacaron provecho de las plataformas computacionales y los avances en técnicas de modelado experimental que existen en la actualidad, para batir esa gran barrera que por años limitó a los investigadores que se involucraron en esta línea de trabajo con Berilio, y finalmente consiguieron un importante progreso que ha sido documentado y presentado a través de artículos científicos.

Cámara de muestreo de un acelerador de partículas, donde los científicos finlandeses pusieron a prueba la eficiencia del substrato GaN-Berilio.

Una de las plataformas que comparte los resultados del trabajo es el Physical Review Letters, revista donde se describe uno de los experimentos que ejecutó el equipo de investigadores titulado "Beryllium-7 Extreme High-Temperature", donde muestran cómo reacciona el Berilio ante temperaturas frías y calientes, donde los átomos del elemento cambian de posición y modificando su naturaleza ya sea donando o aceptando electrones.

"Nuestros resultados suministran conocimiento valioso a los científicos sobre los fundamentos de cómo los cambios del Berilio modifican su comportamiento durante los procesos de manufactura. Durante esta fase, al estar sujeto a las altas temperaturas, el compuesto dopado funciona muy diferente que el resultado final", describió Toumisto.

Esta conducta fue observada por los especialistas finlandeses quienes inmediatamente echaron a volar su imaginación sobre las muchas posibilidades de aplicación en la industria electrónica, pues concibieron la forma de comenzar a controlar las estructuras el Nitruro de Galio dopado con Berilio para otorgar propiedades sobresalientes a la electrónica en general, con el fin de hacerlos realmente más eficientes y potentes.

"La magnitud de cambio en la eficiencia de energía podría incluso ser semejante a cuando reemplazamos los focos tradicionales incandescentes por luces LED. Esto podría ser posible para reducir el consumo global de energía en más del 10% al evitar fugas en los sistemas de distribución", sostuvo Toumisto.

Esta claridad con la que el científico explica el potencial del trabajo de su equipo y colaboradores, ahora está siendo evaluado por diferentes actores de la industria tecnológica con el fin de extender las pruebas de este nuevo compuesto semiconductor y precisar las condiciones necesarias para tomarlo en cuenta formalmente en la manufactura de los dispositivos electrónicos.

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