Fujitsu triplica la potencia de salida de los transistores de nitruro de galio

Para aumentar el área de observación del radar, es necesario aumentar la potencia de salida de los transistores utilizados en sus amplificadores. Pero en este caso, la aplicación de un alto voltaje puede dañar los cristales que forman el transistor. Los científicos de Fujitsu han desarrollado una estructura cristalina que aumenta la corriente y el voltaje de los transistores de nitruro de galio (GaN) del Transistor de alta movilidad de electrones (HEMT), aumentando la potencia de salida de los transistores utilizados en los transmisores de microondas en tres veces. Le informaremos más sobre el desarrollo de nuevas tecnologías en el artículo.



La tecnología GaN HEMT se puede utilizar como un amplificador de potencia para equipos como los radares meteorológicos; según los científicos, esto aumentará el área de observación del radar en 2,3 veces para la detección temprana de nubes de tormenta que generan fuertes lluvias. Fujitsu logró la densidad de transistores más alta del mundo con una potencia de 19.9 W por milímetro de ancho de puerta del transistor GaN HEMT utilizando una capa protectora a base de indio, aluminio y nitruro de galio (InAlGaN).

Aplicaciones GaN HEMT

En los últimos años, los transistores GaN HEMT se han utilizado ampliamente como amplificadores de potencia de alta frecuencia en radares y sistemas de comunicación inalámbricos. Se supone que también encontrarán aplicación en radares meteorológicos para la detección precisa de precipitación local, así como en sistemas de comunicación inalámbrica de onda milimétrica para redes móviles de quinta generación (5G). El rango de microondas en comparación con las ondas milimétricas, que se utilizan en radares y sistemas de comunicación inalámbricos, puede aumentarse aumentando la potencia de salida de los amplificadores de alta frecuencia basados ​​en transistores GaN HEMT.

Fujitsu ha estado investigando los transistores GaN HEMT desde principios de la década de 2000 y actualmente ofrece transistores AlGaN HEMT. Se convertirán en la nueva generación tecnológica de transistores GaN HEMT que proporcionan operación de alto voltaje mediante el uso de electrones de alta densidad.

¿Qué ofrece la nueva tecnología?

En los transistores tradicionales InAlGaN HEMT, el voltaje entre la compuerta y los electrodos de drenaje estaba en la capa de suministro de electrones, y allí se crea una gran cantidad de electrones con alta energía cinética. Como resultado, estos electrones dañaron la estructura cristalina de la capa. Como resultado, los transistores tenían un límite en el voltaje de funcionamiento máximo.


Mecanismo de daño de cristal y nueva estructura de cristal

Al usar la nueva capa de separación AlGaN, el voltaje en el transistor se puede distribuir sobre la capa de suministro de electrones y la capa de separación. Al reducir la concentración de voltaje, se suprime el aumento de la energía cinética de los electrones en la estructura cristalina, y no se produce daño a la capa de suministro de electrones, lo que permite aumentar el voltaje de funcionamiento a 100 V.


Nueva estructura de transistores GaN HEMT y comparación de potencia de salida de tecnología nueva y tradicional

Planes futuros

El calor generado en el transistor se puede eliminar efectivamente a través del sustrato de diamante, cuya tecnología de conexión fue desarrollada por Fujitsu en 2017. Cuando los transistores GaN HEMT con estructura de cristal se probaron en pruebas reales, mostraron una potencia de salida de 19,9 W por milímetro de ancho de puerta, que es 3 veces la potencia de salida de los transistores AlGaN / GaN HEMT tradicionales.

Se presentó información detallada sobre el nuevo desarrollo como parte del Simposio internacional sobre el crecimiento de los nitruros III (ISGN-7), una conferencia internacional celebrada del 5 al 10 de agosto en Varsovia, Polonia. Fujitsu está evaluando la resistencia al calor y el rendimiento energético de los amplificadores de potencia basados ​​en transistores GaN HEMT que utilizan esta tecnología para comercializar amplificadores para aplicaciones como radares y sistemas inalámbricos basados ​​en redes 5G para el año fiscal 2020.

Notas:

1. El nitruro de galio (GaN) es un material semiconductor con un voltaje de ruptura más alto que los materiales semiconductores tradicionales, incluidos el silicio (Si) y el arseniuro de galio (GaAs).
2. Transistores con alta movilidad de electrones (High Electron Mobility Transistor, HEMT) : transistor de canal, que opera en una capa de electrones en el límite entre dos materiales semiconductores diferentes. Tiene una mayor velocidad de operación en comparación con los semiconductores tradicionales.