GaN em Si Wafer compreendendo componentes verticais
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O Instituto Fraunhofer está desenvolvendo componentes semicondutores eficientes à base de nitreto de gálio para tecnologias-chave de transição energética, com o objetivo de melhorar o desempenho e reduzir custos em eletrônica de potência. Estes avanços apoiam áreas cruciais como os veículos eléctricos e as energias renováveis, impulsionando uma mudança para uma sociedade com impacto neutro no clima. Crédito: Fraunhofer IAF

Os cientistas desenvolveram semicondutores GaN para aumentar a eficiência e reduzir custos em veículos elétricos e energias renováveis, auxiliando na transição energética.

As principais tecnologias cruciais para a transição energética – incluindo veículos eléctricos, conversores de infra-estruturas de carregamento, sistemas de armazenamento de energia, bem como centrais de energia solar e eólica – dependem fortemente de componentes electrónicos que proporcionem elevado desempenho e eficiência. Gap de banda larga semicondutores são essenciais no desenvolvimento desses componentes porque operam com perdas mais baixas, suportam tensões mais altas e toleram temperaturas mais altas em comparação aos semicondutores tradicionais à base de silício (Si).

O Instituto Fraunhofer de Física Aplicada do Estado Sólido IAF usa o semicondutor de potência nitreto de gálio (GaN) para desenvolver transistores inovadores e circuitos de potência integrados (CIs de potência GaN) com alto desempenho e alta densidade de integração para aplicações de eletrônica de potência.

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“A transição energética não é apenas necessária para manter a nossa qualidade de vida, mas também é uma oportunidade para garantir a força económica da Europa através de tecnologias futuras nas áreas da mobilidade e da indústria energética. Componentes semicondutores eficientes, poderosos e econômicos são os principais componentes dessa transformação”, explica o Dr. Richard Reiner, cientista da unidade de negócios Power Electronics da Fraunhofer IAF.

Os pesquisadores do instituto estão atualmente trabalhando na realização de tecnologias HEMT baseadas em GaN com tensões de bloqueio de até 1200 V, que podem ser usadas para numerosos CO2 medidas de redução no âmbito da transição energética, como o carregamento bidirecional de veículos elétricos. Os HEMTs GaN destinam-se a fornecer uma alternativa aos já disponíveis transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico (MOSFETs) feitos de carboneto de silício (SiC), que são muito caros e, portanto, não adequados para uso generalizado. Fraunhofer IAF está buscando várias abordagens para esse fim: o processamento de HEMTs de GaN em substratos de Si (HEMTs de GaN-on-Si), o uso de substratos transportadores altamente isolantes, como safira, SiC ou também GaN (HEMTs de GaN-on-isolante) e o desenvolvimento de tecnologias verticais de GaN.

HEMTs GaN-on-Si, HEMTs GaN-on-isolador e HEMTs GaN verticais para aplicações de alta tensão

Todas as abordagens permitem componentes GaN de alta tensão de alto desempenho, eficientes e econômicos, com grande potencial de aplicação nas principais áreas tecnológicas da transição energética. HEMTs GaN-on-Si laterais já estão disponíveis comercialmente, mas estão limitados a uma tensão de bloqueio de 650 V devido às espessuras limitadas da camada de GaN. Ao otimizar continuamente o material e seu processamento (epitaxia, processamento, estruturação), os pesquisadores do Fraunhofer IAF foram capazes de demonstrar HEMTs GaN-on-Si com tensões de bloqueio estático superiores a 1200 V. Além disso, os componentes de potência foram alterados para 1100 V. V em uma bancada de medição orientada para a aplicação (medições de pulso duplo).

Na segunda abordagem, os pesquisadores substituem o Si condutor por substratos portadores altamente isolantes, como safira, SiC ou GaN, o que praticamente elimina o limite de tensão. HEMTs laterais de GaN sobre safira podem ser fabricados de maneira econômica com base em trabalhos preliminares relevantes para aplicações de diodos emissores de luz e podem ser produzidos em linhas de produção existentes.

As tecnologias verticais de GaN, nas quais o fluxo de corrente corre verticalmente através das camadas de material, permitem um desempenho ainda maior com maior eficiência e capacidade de integração ao mesmo tempo. Na próxima década, os pesquisadores do Fraunhofer IAF desejam tornar os CIs de energia GaN verticais adequados para uso industrial. O objetivo é também ajudar a moldar o próximo salto tecnológico na transformação para uma sociedade com impacto neutro no clima.

Reunião: PCIM Europa 2024

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Richard Reiner fornecerá uma visão geral do desenvolvimento de CIs de potência GaN laterais e verticais em sua apresentação “CIs de potência GaN laterais e verticais: status e futuro”, que ele fará em 12 de junho às 10h50 no PCIM Europe em o Palco de Tecnologia no Hall 7.

Richard Reiner também fornecerá uma visão sobre as várias tecnologias laterais de 1200 V GaN em sua apresentação “Mais de 1200 V Breakdown e baixas resistências específicas de área no estado pelo progresso em GaN-on-Si lateral e GaN-on-Isolador Technologies”, que terá lugar no dia 12 de junho, pelas 14h50, no Palco Bruxelas 2, na sessão “Device Concepts”.

Jun.-Prof. Stefan Mönch também representará a Fraunhofer IAF na PCIM Europe com uma apresentação no dia 11 de junho às 14h50 no Palco Bruxelas 1 na sessão “GaN Converters”: “Over 99.7% Efficient GaN-Based 6-Level Capacitive-Load Power Converter .”



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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.