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| Toshiba anuncia transistor FET de potencia de nitruro de galio con mayor potencia de salida del mundo en banda X | |||||
Toshiba Corporation anunció hoy la elaboración de un transistor de efecto de campo (FET) de potencia de nitruro de galio (GaN) que supera ampliamente el desempeño operativo de los transistores FET de arseniuro de galio (GaAs), cuyo uso está muy extendido en los amplificadores de microondas de estado sólido para las comunicaciones por microondas de satélites y radares en el intervalo de frecuencia de banda X de entre 8GHz y 12GHz. El nuevo transistor logra una potencia de salida de 81,3W a 9,5GHz, que representa el más alto nivel de desempeño registrado hasta el momento en esta frecuencia. Toshiba hizo realidad esta innovadora mejora en el desempeño mediante la optimización de las estructuras de capas epitaxiales y de chip para el funcionamiento en la banda X. El resultado es un transistor FET de potencia de GaN con una densidad de potencia seis veces mayor que la de los FET de GaAs y con la mayor potencia de salida del mundo en el nivel de frecuencia de 9,5GHz. Toshiba cuenta con tecnología establecida para fabricar transistores FET de potencia de GaN en la gama de 50W y ha comenzado a presentar muestras. La empresa tiene previsto comenzar con la producción en masa dentro de los próximos seis meses. En el Simposio de circuitos integrados con semiconductores compuestos (CSISC) del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) que se realizará del 12 al 15 de noviembre (hora de Estados Unidos), en San Antonio, Texas, Estados Unidos, se brindará información completa acerca del nuevo FET de potencia de GaN y de su tecnología. Antecedentes y objetivos de desarrollo El permanente incremento en los flujos de comunicación está impulsando la demanda de una mayor potencia de salida en los dispositivos de amplificación utilizados en las comunicaciones por microondas de los radares y satélites. Hasta ahora Toshiba había logrado satisfacer esta demanda con transistores FET de GaAs que ofrecen una potencia de salida de 90W a una frecuencia de 6GHz y de 30W a una frecuencia de 14GHz. Sin embargo, equilibrar las características de disipación de calor y de desempeño a frecuencias altas es un problema fundamental que ocurre con el GaAs, y está llegando a un punto en el cual el material se está acercando rápidamente a sus límites máximos. El GaN exhibe un gran potencial de aplicación en amplificadores con alta potencia de salida que soportan frecuencias más altas superiores a la banda de frecuencia de las microondas, dado que ofrece una mayor velocidad de saturación de los electrones, un mayor voltaje de ruptura del material dieléctrico y un intervalo más alto de temperatura de funcionamiento que el GaAs. En un principio, Toshiba orientó su trabajo hacia la elaboración de un transistor FET de potencia de GaN para la banda de entre 4GHz y 8GHz (banda C), y el año pasado anunció un transistor FET de potencia de GaN con una potencia de salida de 174W en la banda de 6GHz. La empresa siguió trabajando en base a sus logros en ese campo y logró una optimización estructural que actualmente permite obtener un dispositivo que soporta frecuencias más altas de banda X y que alcanza la mayor potencia de salida obtenida hasta el momento por un transistor FET de potencia de GaN que funciona a 9,5GHz. Este avance permitirá integrar los dispositivos en amplificadores de estado sólido y disminuir su tamaño aunque ofrezcan una mayor potencia de salida. Toshiba tiene confianza en que este avance abrirá la puerta hacia la obtención de niveles superiores de frecuencia en la banda de entre 12GHz y 18 GHz (banda Ku). La empresa continuará con sus actividades de desarrollo en pos de este logro. Características principales 1. Estructura de capas epitaxiales El FET adopta una estructura de transistor de alta movilidad de electrones (HEMT, por sus siglas en inglés). Toshiba ha logrado obtener un desempeño sorprendente mediante la optimización de las condiciones de composición y grosor de las capas de ALGaN y de GaN. 2. Estructura de chip Al trabajar con la estructura de capas epitaxiales, Toshiba procesó y optimizó la estructura unitaria del FET, incluso la longitud de puerta y la distancia entre los electrodos del drenador y la fuente. Esto no solo garantiza la disipación del calor, sino también un alto desempeño en las frecuencias de banda X (9,5GHz). 3. Procesamiento y embalaje La tecnología de tratamiento del calor de Toshiba permite alcanzar una resistencia de contacto baja en los electrodos de la fuente y el drenador, que permite maximizar las características del material GaN. A efectos de obtener un alto desempeño en la banda X, el transistor FET necesita un electrodo de puerta por debajo de 0,5 micrómetros. Cado que se aplica un alto voltaje, es fundamental suprimir la pérdida de voltaje en el electrodo de puerta para poder lograr un alto nivel de desempeño. Una estructura y proceso de revestimiento del electrodo de puerta de características únicas permite disminuir la pérdida en la puerta a una trigésima parte de la que se produce con la tecnología convencional utilizada actualmente. 4. Uniformidad de chip y fusión de salida El método convencional para incrementar la potencia de salida en los dispositivos de GaN ha sido fabricar un chip de gran tamaño con una alta capacidad de potencia en un envase grande. Dichos dispositivos funcionan a temperaturas muy altas, lo que puede ocasionar el deterioro de los componentes y también dañar los amplificadores en los cuales dichos dispositivos están integrados. El GaN es un material con el cual es difícil trabajar para obtener la uniformidad de las características de chip, y generalmente sufre pérdidas de potencia cuando se combina la potencia de diversos chips en un envase. La tecnología de proceso inigualable de Toshiba permite obtener uniformidad de chip en toda la oblea, al tiempo que el avanzado manejo de la potencia de la empresa reduce la disipación de potencia dentro del envase. Estos métodos permiten dispersar el calor y reducir el potencial de deterioro de los componentes y permiten soportar un alto desempeño de salida superior a 80W en la banda X. 5. Litografía por pasos Si bien la tecnología de exposición a haces de electrones es la que generalmente se utiliza en los procesos de litografía para los transistores FET de potencia de GaN en la banda C y en frecuencias más altas, Toshiba ha adoptado la exposición por pasos que es más apropiada para la producción en masa de los transistores FET de banda X, que requieren una longitud de puerta menor de 0,5 micrómetros. | |||||
Jueves, 16 Noviembre, 2006 - 11:00 | |||||
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