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Circuitos integrados de potencia ultra baja

La combinación de transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET) con un voltaje tanto de bajo como de alto umbral y diodos con polarización inversa ha dado lugar a una familia novedosa de circuitos integrados. Estos circuitos patentados consumen cantidades mínimas de energía. Concretamente, este concepto ha propiciado el desarrollo de un nuevo circuito SRAM (memoria estática de acceso aleatorio) que presenta una reducción de la disipación de energía estática en un factor récord de 50 sin perjuicio de la velocidad, si se compara con diseños convencionales.

Economía digital

Un transistor de efecto de campo es un dispositivo semiconductor a través del cual la corriente es transportada únicamente por portadores minoritarios, es decir, es un dispositivo unipolar. Esta corriente fluye a través de un canal estrecho, desde la fuente hasta la salida. El voltaje aplicado a la puerta controla la carga en el canal y, por tanto, la conductividad del transistor. Durante el proyecto ATHIS se demostró que es posible construir circuitos de potencia ultra baja con MOSFET multiumbral y diodos con polarización inversa de potencia ultrabaja. Los diodos de potencia ultrabaja (PUB) son construidos también por dos MOSFET complementarios, de forma tal que la corriente inversa del diodo se reduce en 3 ó 4 órdenes de magnitud en comparación con otros dispositivos comunes. Lo más interesante del nuevo dispositivo PUB, desde el punto de vista científico e industrial, es esta región de fuga ultrabaja y la característica de impedancia negativa en modo inverso. El proyecto ATHIS desarrolló estos circuitos de potencia ultrabaja mediante la polarización de los transistores n-MOS y p-MOS complementarios en funcionamiento estático con un voltaje de puerta a fuente inferior a cero. De este modo, la corriente de fuga se reduce en varios órdenes de magnitud ofreciendo una disipación de energía estática mucho menor. Sobre la base del principio del diodo de potencia ultrabaja, en ATHIS también se han desarrollado y sometido a pruebas experimentales una célula de memoria y un doblador de voltaje. Hay que señalar especialmente su capacidad para funcionar correctamente a altas temperaturas (de hasta 200 - 300°C). Estos innovadores circuitos ya han sido patentados y se espera poder aplicarlos de inmediato de manera generalizada en circuitos digitales y analógicos, concretamente para productos portátiles y para entornos hostiles. Próximamente se prevén nuevos avances relativos a interfaces de sensores y etiquetas RFID, por ejemplo para el ámbito biomédico.

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