Transistores de Nitreto de Gálio

8/6/2019 Transistores de Nitreto de Glio

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Estudante inventa

alternativa aos

transistores de silcioRedao do Site Inovao Tecnolgica

14/05/2008

Uma srie impressionante de descobertas

consecutivas veio tona s vsperas da entrega dottulo de Doutor ao estudante Weixiao Huang, no

Instituto Politcnico Rensselaer, nos Estados

Unidos.

Ao reunir seus 15 artigos cientficos publicados aolongo do curso, o que se percebe um avano sem

precedentes em um campo pesquisado por cientistas do mundo todo: o desenvolvimento de

uma alternativa ao transstor de silcio.

Agora, sendo possvel ver o "conjunto da obra" de Huang, percebe-se que seus pequenosavanos incrementais resultaram em um descoberta muito significativa.

Transstor de nitreto de glio

O ainda quase-doutor Huang - a recepo oficial do ttulo ser no prximo sbado, dia 17 -

desenvolveu um novo transstor base de nitreto de glio (GaN), um material que permitiua construo de um transstor com menor consumo de energia e maior eficincia em

aplicaes de eletrnica de potncia.

"O silcio tem sido o burro de carga na indstria de semicondutores nas ltimas dcadas,"

disse Huang. "Mas, medida em que a eletrnica de potncia se torna mais sofisticada eexige transistores de mais alto desempenho, os engenheiros vm procurando uma

alternativa, como os transistores base de nitreto de glio, que desempenham melhor do

que o silcio e tambm funcionam em ambientes extremos."

MOSFET

O burro de carga a que se refere Huang um transstor base de silcio conhecido como MOSFET ("Metal/Oxide

Semiconductor Field-Effect Transistor"). O silcio reina to

absoluto no campo da eletrnica que, ao se falar dessescomponentes, subentende-se que seja um MOSFET de

silcio.

Weixiao Haung segura uma pastilhacom transistores de nitreto de glio.

[Imagem: Rensselaer Polytechnic

Institute]


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O que Huang fez foi desenvolver um MOSFET de nitreto de glio,

ou GaN MOSFET. A indstria toda sabe h muito tempo que o

nitreto de glio possui propriedades superiores s do silcio.Entretanto, at agora ningum havia conseguido fabricar um

transstor de GaN prtico e vivel.

LEDs azuis e nanolasers

Os novos transistores reduzem significativamente as perdas de energia, o que significa quechips que os utilizem aquecero menos. Esses chips, que ainda no foram construdos,

tambm podero ser utilizados em ambientes com extremos de calor e rudo

eletromagntico e at de radiao.

Foi o nitreto de glio que permitiu a fabricao de LEDs azuis e de nanolasers de estadoslido. Ele tambm entrou na fabricao de diversos transistores, mas sempre como

coadjuvante. Seu "primo", oarseneto de glio mais comumente utilizado em transistores.

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GaN Transistor Bests Silicon

TROY, N.Y., May 13, 2008 -- A new gallium nitride (GaN) -based transistor, the first GaN

metal/oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) of its kind, performs better

than silicon transistors in high-power and high-temperature electronics.

Rensselaer Polytechnic Institute doctoral student Weixiao Huang invented the new

transistor, which could reduce energy consumption and improve the efficiency of power

electronics systems in everything from motor drives and hybrid vehicles (it has captured theattention of some American and Japanese auto companies) to house appliances and defense

industry equipment.

Silicon has been the workhorse in the semiconductor industry for the last two decades,

said Huang, the son of farmers in rural China. But as power electronics get more

sophisticated and require higher performing transistors, engineers have been seeking an

alternative like gallium nitride-based transistors that can perform better than silicon and inextreme conditions.

Most households contain dozens of silicon-based electronics. An important component of

each of those electronics is usually a silicon-based transistor known as a silicon MOSFET.To convert the electric energy to other forms as required, the transistor acts as a switch,

stopping or starting the flow of current through the device.

Huang said he first developed a new process that demonstrates an excellent GaN MOS

(metal/oxide/GaN) interface. Engineers have known that GaN and other gallium-basedmaterials have some extremely good electrical properties, much better than silicon.

However, no useful GaN MOS transistor has been developed. His innovation has already
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shown world-record performance, according to Huang.

In addition, he has shown that his transistor can integrate several important electronicfunctions onto one chip like never before. This will significantly simplify entire electronic

systems, Huang said. He has also designed and experimentally demonstrated several new

novel high-voltage MOS-gated FETs that have shown superior performance compared tosilicon MOSFETs in terms of lower power consumption, smaller chip size, and higher

power density.

The new transistors can greatly reduce energy loss, making energy conversion more

efficient. If these new GaN transistors replaced many existing silicon MOSFETs in power

electronics systems, there would be global reduction in fossil fuel consumption andpollution, Huang said.

The new GaN transistors can also allow the electronics system to operate in extremely hot,

harsh, and high-power environments and even those that produce radiation. Because it isso resilient, the device could open up the field of electronic engineering in ways that were

not previously possible due to the limitations imposed by less tolerant silicon transistors,

he said.

Huang has published more than 15 papers during his time as a doctoral student in the

Department of Electrical, Computer, and Systems Engineering. He received a bachelors inelectronics from Peking University in Beijing in 2001 and a masters in physics from

Rensselaer in 2003. He will receive his doctorate from Rensselaer May 17 and plans to

work as a device engineer in the semiconductor industry.

.

GaN transistors to replace silicon in 'extreme'

devices

A chemical compound known as gallium nitrade (GaN) could replace silicon for high-

power and high-temperature electronics.

According to electronics engineer and physicist Weixiao Huang, transistors built with GaN

could be used in motor drives, hybrid vehicles, house appliances, and defence equipment.

Silicon has been the workhorse in the semiconductor industry for the last two decades,said Huang, who this month graduated with doctorate qualifications from the Rensselaer

Polytechnic Institute.

But as power electronics get more sophisticated and require higher performing transistors,

engineers have been seeking an alternative like gallium nitride-based transistors that can

perform better than silicon and in extreme conditions, he said.


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Huang has developed a transistor that exploits material properties of GaN to reduce power

consumption and improve efficiency of current silicon-based electronics.

GaN has a semiconductor bandgap three times that of silicon, and an electric field ten times

that of silicon, which reduces power loss, improves efficiency, and enables operation underextreme conditions.

Hence, the material is well-suited for use in metal/oxide semiconductor field-effect(MOSFET) transistors, which operate within electronic devices to convert electric energy to

other forms as required.

The transistor is said to have achieved world-record performance in laboratory tests, as well

as being able to integrate several electronic functions onto one chip, hence simplifying

electronic systems.

It [GaN] simplifies and reduces the volume and weight of the electronic systems, improves

the system efficiency and allows electronic system to operate under extreme conditions,

Huang told iTnews.

Because it is so resilient, the device could open up the field of electronic engineering in

ways that were not previously possible due to the limitations imposed by less tolerantsilicon transistors.

The GaN chip can also integrate optoelectronic devices, sensors, power devices and

control circuits to make the electronic system more sophisticated and smarter, he said.

If these new GaN transistors replaced many existing silicon MOSFETs in power

electronics systems, there would be global reduction in fossil fuel consumption andpollution.

Although it is anticipated to enter the semiconductor industry in no less than three yearstime, the technology already has received interest from the automobile and electronics

industries.

While Huang did not disclose the names of the companies, he said they were some of the

largest automobile and electronics companies from the U.S. and Japan.

These companies can help strengthen the research efforts in this area and commercialiseGaN transistors to realise its full material advantages, he said, noting that research into the

transistors is still in its early stages.

Material quality, size, price and device long-term reliability need to be further investigated

for any successful commercialisation.

At least 3 years will be needed to see any commercial GaN transistors in the

semiconductor market, he said.


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Energia

Espao

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Mecnica

Meio ambiente Nanotecnologia

Robtica

Planto

Invertebrados

O: Como O Acaso Determina Nossas Vidas Andar do Bbado

Fsica I : Mecnica

Eletrnica
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Nitreto de glio agora pode ser produzido

em baixas temperaturas

Redao do Site Inovao Tecnolgica - 23/02/2006

Uma equipe de pesquisadores do Laboratrio Los Alamos, Estados Unidos,

desenvolveu um novo mtodo para o crescimento de filmes cristalinos de nitreto de glioque funciona a baixas temperaturas e em ambiente no-corrosivo.

As tcnicas atuais limitam os tipos de materiais que podem ser utilizados como substratos,

em conjunto com o nitreto de glio, justamente pela caracterstica inspita do ambiente de

produo.

Esse semicondutor , por exemplo, utilizado na fabricao dos painis solares de satlites e

tambm foi o material que permitiu a criao dos LEDs azuis. Mas a nova descoberta

poder aumentar enormemente sua utilizao em componentes optoeletrnicos, como

diodos a laser, dispositivos de armazenamento de dados de alta densidade, telas planas elmpadas de estado slido.

Os cientistas utilizaram uma tcnica conhecida como litografia energtica por feixe de

tomos neutros, um feixe de tomos de baixa energia cintica que pode ser utilizado para

vrias operaes qumicas superficiais a temperaturas baixas. Eles conseguiram crescer osfilmes cristalinos de nitreto de glio sobre safira em temperaturas entre 100 e 500 C. Os

processos atuais funcionam entre 900 e 1.100 C.

"As baixas temperaturas empregadas [...] permitem a incorporao de dopantes eletrnicose magnticos nos filmes, ao mesmo tempo em que evita os problemas de aglomerao e

segregao de fase que esto limitando o uso disseminado desse material em outras

aplicaes," explica o cientista Alex


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