Panasonic Desarrolla Diodos GaN con Operaciones de Alta Corriente y Bajo Voltaje de Encendido

Panasonic Corporation anunció hoy el desarrollo de diodos de nitruro de galio (gallium nitride, GaN) que no sólo operan en una alta corriente que es cuatro veces mayor a la tolerada por los diodos convencionales de carburo de silicio (silicon carbide, SiC)^*1, sino que también operan a bajo voltaje, debido a su bajo voltaje de encendido. La producción de los nuevos diodos fue posible a través del desarrollo de una nueva estructura híbrida compuesta por estructuras incorporadas en forma separada, formadas por una unidad de bajo voltaje y una unidad de alta corriente, en preparación para condiciones de alto voltaje.

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Los diodos convencionales de carburo de silicio (Si) tienen limitaciones respecto a la reducción de pérdidas de encendido. Por otra parte, los diodos basados en SiC, un compuesto que es considerado como un prometedor semiconductor de energía del futuro, así como en GaN, exige una mayor área de chip para alcanzar operaciones de alta corriente, lo que impone limitaciones a la reducción de pérdidas de encendido y tamaño relacionadas a mayores frecuencias operativas.

Estos nuevos diodos GaN alcanzaron, simultáneamente, operaciones de alta corriente y bajos umbrales de voltaje y, de todos modos, pueden manejar corrientes altas, aún con una pequeña área de chip. En consecuencia, la capacitancia del chip puede ser reducida para lograr menores pérdidas de encendido, lo que permite que el dispositivo opere en frecuencias más altas. Como resultado de ello, el uso de los diodos GaN en circuitos de conversión de voltaje o circuitos invertidos de equipos automotrices o industriales que requieren alta potencia puede reducir el tamaño del sistema, debido a la alta frecuencia de operación.

Este nuevo producto desarrollado tiene las siguientes ventajas.

・Operación de alta corriente: 7,6 kA/cm² (aproximadamente 4 veces^*1)
・Menor voltaje de encendido: 0,8 V
・Menor resistencia (RonA): 1,3 mΩcm² (aproximadamente un 50 % de reducción^*1)

Los diodos fueron creados en base a las siguientes tecnologías.

Estructura híbrida de diodos GaN con una capa p-GaN hundida:

Propusimos un diodo GaN híbrido con una capa tipo p en donde se forman zanjas y desarrollamos una tecnología de procesamiento que puede eliminar una capa tipo p en una capa tipo n de manera selectiva para alcanzar no sólo operaciones de alta corriente y bajo voltaje de encendido, sino también un voltaje de caída de 1,6 kV.

Fabricación de diodos en un sustrato GaN de baja resistencia:

Para este desarrollo, utilizamos sustratos GaN conductivos de baja resistencia, que fueron utilizados comercialmente en LED y láser semiconductores y que se espera sean adoptados en dispositivos de energía en el futuro; además, establecimos las tecnologías para el crecimiento epitaxial y procesamiento en un sustrato GaN antes de formar los diodos. Una estructura en la cual las corrientes fluyen en dirección vertical permite una menor área de chip y una menor resistencia.

Este trabajo fue financiado, parcialmente, por el Ministerio de Medioambiente del gobierno de Japón.

Los resultados de este desarrollo fueron presentados en la Conferencia Internacional sobre Materiales y Dispositivos en Estado Sólido de 2015 que se llevó a cabo en Sapporo, Japón (Septiembre de 2015).

*1 Comparado con un diodo SiC con un voltaje de 1200 V

Acerca de Panasonic

Panasonic Corporation es un líder a nivel mundial en el desarrollo de diversas tecnologías electrónicas y soluciones para clientes de las industrias electrónicas de consumo, inmobiliaria, automotriz, de soluciones empresariales y dispositivos industriales en general. Desde su fundación en 1918, la compañía se ha expandido globalmente y, en la actualidad, opera 468 empresas subsidiarias y 94 empresas asociadas en todo el mundo, registrando ventas netas consolidadas por valor de 7715 billones de yenes para el año que finalizó el 31 de marzo de 2015. Comprometida con la búsqueda de nuevos valores a través de la innovación en todas las líneas divisionales, la compañía utiliza su propia tecnología para crear un mejor nivel de vida y un mundo mejor para sus clientes. Para obtener más información sobre Panasonic, visite: http://www.panasonic.com/global.

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