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Materials for Robust Gallium Nitride

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Materiales para dispositivos electrónicos operativos en ambientes adversos

A través de un proyecto financiado por la Unión Europea se desarrollaron nuevos materiales, procesos y envases para utilizar en dispositivos y sensores electrónicos haciéndolos resistentes a condiciones muy adversas.

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Investigación fundamental

A menudo es necesario utilizar dispositivos y sensores electrónicos a altas temperaturas, sometidos a campos eléctricos elevados o en ambientes muy corrosivos. El proyecto financiado por la Unión Europea MORGAN (Materials for robust gallium nitride) se propuso investigar la utilización de las heteroestructuras de nitruro de galio (GaN) y diamante para obtener los materiales más idóneos para dichas condiciones. Los socios del proyecto desarrollaron nuevos sustratos de compuestos con diamante y realizaron la primera prueba en Europa con obleas de dos pulgadas. Estudiaron la formación directa de GaN sobre diamantes monocristalinos y policristalinos. Se alcanzaron los efectos de confinamiento del gas electrónico bidimensional en ambos tipos de estructuras cristalinas de diamante. A través de MORGAN fue posible la formación de GaN en diferentes sustratos, como el zafiro, el carburo de silicio, el silicio y materiales compuestos, utilizando capas elásticas específicas y diagramas de nucleación o capas intermedias para adaptarse a los desajustes en la expansión térmica y cristalina. Se probó el primer transistor de electrones de alta movilidad (HEMT) obtenido por formación directa de una heteroestructura de GaN sobre un diamante monocristalino. Presentó actividad de microondas con frecuencias de corte en el rango de 40 GHz. Los científicos lograron la formación de HEMT de nitruro de aluminio y nitruro de indio/GaN sobre sustratos compuestos con diamante. También desarrollaron sensores electroquímicos y de alta presión y temperatura junto con sus correspondientes envases. Se presentaron sensores funcionales a presiones de hasta 80 bares y se utilizaron temperaturas de prueba de hasta 450 °C. Además, se presentaron sensores electroquímicos muy adecuados con tiempos de reacción rápidos. Se desarrolló un proceso de envasado firme basado en interconexiones de cerámicas y plata, que alcanzó un ciclo de temperaturas de hasta 650°C. MORGAN presentó también intercambiadores de calor tridimensionales eficientes, utilizando cobre con tecnologías de chorro de tinta. La difusión de los resultados se hizo principalmente a través de 27 artículos y más de 175 presentaciones en eventos importantes. Combinando el diamante y el GaN, MORGAN demostró la utilidad de estos dos materiales en la producción de los materiales y dispositivos que presentan el mayor rendimiento en ambientes hostiles, particularmente a temperaturas elevadas y en campos eléctricos de gran intensidad.

Palabras clave

Dispositivos electrónicos, sensores, MORGAN, nitruro de galio, diamante

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