Componentes de potência verticais reduzem drasticamente perda de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Com base no obtido até agora, a equipe acredita ser possível chegar à faixa dos 3.300 a 5.000 volts. [Imagem: Yuhao Zhang]

Nitreto de gálio

A eletrônica de potência, responsável por modificar voltagens ou converter entre corrente contínua e alternada, está por todo lado - é ela que compõe o carregador do seu celular e a fonte do seu computador, por exemplo.

Ocorre que a conversão de energia é intrinsecamente ineficiente: um conversor de energia nunca disponibilizará na saída a mesma potência que você lhe forneceu na entrada.

Recentemente, começaram a chegar ao mercado conversores de energia feitos de nitreto de gálio, com maiores eficiências e tamanhos menores do que os conversores convencionais, feitos à base de silício.

O problema é que eles só conseguiam lidar com tensões de até 600 volts, o que limita sua aplicação nos eletrônicos domésticos, que internamente precisam de tensões bem maiores.

A boa notícia é que esse limite foi largamente estendido, com os componentes de potência de nitreto de gálio já lidando com tensões de até 1.200 volts, e podendo ir além.

Isso é suficiente para que eles sejam utilizados até mesmo nos carros elétricos, mas a equipe ressalta que seus componentes ainda são protótipos fabricados em escala de laboratório. Por outro lado, com base no que obtiveram até agora, acreditam ser possível chegar à faixa dos 3.300 a 5.000 volts, o que colocaria os componentes de potência de nitreto de gálio em condições de utilização até mesmo na rede de distribuição elétrica.

Componentes verticais

Os ganhos estão sendo possíveis graças a melhorias em uma técnica conhecida como "componentes verticais", nos quais a corrente flui através do semicondutor - nos dispositivos atuais, que são "laterais", a corrente flui na superfície do semicondutor.

"Quando você tem dispositivos laterais, toda a corrente flui através de uma fatia muito estreita de material, próximo à superfície. Nós estamos falando de uma fatia de material que pode ter apenas 50 nanômetros de espessura. Então toda a corrente passa por lá, e todo o calor está sendo gerado nessa região muito estreita, então ela fica realmente muito, muito quente. Em um dispositivo vertical, a corrente flui através de toda a pastilha, de modo que a dissipação de calor é muito mais uniforme," disse Tomás Palácios, do MIT.

Além da equipe de Palácios, participaram do desenvolvimento pesquisadores da Universidade de Colúmbia (EUA), Aliança de Pesquisa e Tecnologia de Cingapura e das empresas IQE e IBM.

Bibliografia:

Materials and processing issues in vertical GaN power electronics
Jie Hu, Yuhao Zhang, Min Sun, Daniel Piedra, Nadim Chowdhury, Tomás Palacios
Materials Science in Semiconductor Processing
DOI: 10.1016/j.mssp.2017.09.033