La nueva fabricación de transistor GaN-HEMT sobre sustrato de diamante de 2 pulgadas mejora la disipación térmica y optimiza el rendimiento en aplicaciones de comunicaciones móviles y satelitales.
En el marco de un proyecto conjunto con la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón (JST), Sumitomo Electric y la Universidad Metropolitana de Osaka (OMU) han logrado fabricar un transistor de nitruro de galio (GaN-HEMT) sobre un sustrato de diamante policristalino (PCD) de 2 pulgadas.
Este avance permitirá un aumento en la capacidad y la reducción del consumo energético en los dispositivos fundamentales de las comunicaciones móviles y por satélite.
El aumento constante de la información que circula por las comunicaciones inalámbricas ha impulsado la demanda de frecuencias y potencias de salida más altas en dispositivos de radiofrecuencia, como los GaN-HEMT.
Sin embargo, la auto-calefacción que ocurre durante su funcionamiento limita la potencia de salida, generando fallos en la transmisión de señales y reduciendo la fiabilidad de los sistemas.
Optimización de la disipación térmica con diamante
Para superar estas limitaciones, OMU ha desarrollado mejoras significativas en la disipación de calor utilizando el diamante como sustrato de los GaN-HEMT, dada su excepcional conductividad térmica. El diamante presenta una conductividad unas 12 veces superior a la del silicio (Si) y entre 4 y 6 veces superior a la del carburo de silicio (SiC). Gracias a ello, la resistencia térmica se puede reducir a una cuarta parte y a la mitad, respectivamente, frente a los sustratos tradicionales.
Hasta el momento, la unión directa de capas de GaN a sustratos de diamante sin soldadura o adhesivos resultaba compleja por el tamaño de grano y la rugosidad superficial de entre 5 y 6 nm.
Sin embargo, Sumitomo Electric ha conseguido esta unión directa mediante su tecnología de pulido de sustratos de diamante, que ha permitido reducir la rugosidad a la mitad de los niveles convencionales. Además, se ha integrado la tecnología de OMU para transferir la capa de GaN desde el sustrato de silicio al de diamante policristalino.
Próximos pasos y perspectivas futuras
El resultado ha sido la obtención de una estructura de GaN sobre sustrato de diamante policristalino con características de disipación térmica homogéneas, utilizando capas epitaxiales GaN/SiC proporcionadas por Air Water.
La combinación de estas tecnologías supone un importante avance para aplicaciones de alta frecuencia y potencia.
De cara al futuro, se prevé continuar con el desarrollo de la tecnología para mejorar el rendimiento de los dispositivos y optimizar las condiciones de unión.
Asimismo, se espera ampliar la escala de fabricación a sustratos de 4 pulgadas, con el objetivo de facilitar la producción en masa y acelerar la adopción de esta solución en el mercado.
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