Dispositivo semiconductor de potencia
Un dispositivo semiconductor de potencia es un dispositivo semiconductor utilizado como interruptor o rectificador en electrónica de potencia (por ejemplo, en una fuente de alimentación de modo conmutado). Un dispositivo de este tipo también se denomina dispositivo de alimentación o, cuando se utiliza en un circuito integrado, CI de alimentación.
Un dispositivo semiconductor de potencia se utiliza normalmente en "modo de conmutación" (es decir, está encendido o apagado) y, por lo tanto, tiene un diseño optimizado para dicho uso; Por lo general, no debe utilizarse en funcionamiento lineal. Los circuitos de potencia lineales están muy extendidos como reguladores de voltaje, amplificadores de audio y amplificadores de radiofrecuencia.
Los semiconductores de potencia se encuentran en sistemas que entregan desde unas pocas decenas de milivatios para un amplificador de auriculares, hasta alrededor de un gigavatio en una línea de transmisión de corriente continua de alto voltaje.
Historia
El primer dispositivo electrónico utilizado en circuitos de potencia fue el rectificador electrolítico; una versión temprana fue descrita por un experimentador francés, A. Nodon, en 1904. Estos fueron brevemente populares entre los primeros experimentadores de radio, ya que podían improvisarse a partir de láminas de aluminio. y productos químicos domésticos. Tenían voltajes soportados bajos y eficiencia limitada.
Los primeros dispositivos semiconductores de potencia de estado sólido fueron rectificadores de óxido de cobre, utilizados en los primeros cargadores de baterías y fuentes de alimentación para equipos de radio, anunciados en 1927 por L.O. Grundahl y P. H. Geiger.
El primer dispositivo semiconductor de potencia de germanio apareció en 1952 con la introducción del diodo de potencia por R.N. Sala. Tenía una capacidad de bloqueo de voltaje inverso de 200 V y una corriente nominal de 35 A.
Alrededor de 1952 se introdujeron transistores bipolares de germanio con importantes capacidades de manejo de energía (corriente de colector de 100 mA); con esencialmente la misma construcción que los dispositivos de señal, pero mejor disipador de calor. La capacidad de manejo de energía evolucionó rápidamente y en 1954 estaban disponibles transistores de unión de aleación de germanio con una disipación de 100 vatios. Todos estos eran dispositivos de frecuencia relativamente baja, utilizados hasta alrededor de 100 kHz y hasta 85 grados Celsius de temperatura de unión. Los transistores de potencia de silicio no se fabricaron hasta 1957, pero cuando estuvieron disponibles tenían una mejor respuesta de frecuencia que los dispositivos de germanio y podían funcionar hasta una temperatura de unión de 150 C.
El tiristor apareció en 1957. Es capaz de soportar un voltaje de ruptura inversa muy alto y también es capaz de transportar alta corriente. Sin embargo, una desventaja del tiristor en circuitos de conmutación es que una vez que se “engancha”; en estado de conducción; no se puede apagar mediante control externo, ya que el apagado del tiristor es pasivo, es decir, se debe desconectar la alimentación del dispositivo. En 1960 se introdujeron los tiristores que podían apagarse, llamados tiristores de apagado de puerta (GTO). Estos superan algunas limitaciones del tiristor ordinario, porque se pueden encender o apagar con una señal aplicada.
MOSFET de potencia
Un gran avance en la electrónica de potencia se produjo con la invención del MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico) por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. Generaciones de transistores MOSFET permitieron a los diseñadores de energía lograr rendimiento y densidad. niveles que no son posibles con transistores bipolares. Debido a las mejoras en la tecnología MOSFET (inicialmente utilizada para producir circuitos integrados), el MOSFET de potencia estuvo disponible en la década de 1970.
En 1969, Hitachi introdujo el primer MOSFET de potencia vertical, que más tarde se conocería como VMOS (MOSFET de ranura en V). A partir de 1974, Yamaha, JVC, Pioneer Corporation, Sony y Toshiba comenzaron a fabricar amplificadores de audio con MOSFET de potencia. International Rectifier introdujo un MOSFET de potencia de 25 A y 400 V en 1978. Este dispositivo permite el funcionamiento a frecuencias más altas que un transistor bipolar, pero está limitado a aplicaciones de bajo voltaje.
El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) se desarrolló en la década de 1980 y estuvo ampliamente disponible en la década de 1990. Este componente tiene la capacidad de manejo de potencia del transistor bipolar y las ventajas del accionamiento de puerta aislada del MOSFET de potencia.
Dispositivos comunes
Algunos dispositivos de potencia comunes son el MOSFET de potencia, el diodo de potencia, el tiristor y el IGBT. El diodo de potencia y el MOSFET de potencia funcionan con principios similares a sus homólogos de baja potencia, pero pueden transportar una mayor cantidad de corriente y normalmente pueden soportar un voltaje de polarización inversa mayor en el estado apagado.
A menudo se realizan cambios estructurales en un dispositivo de potencia para adaptarse a una mayor densidad de corriente, mayor disipación de potencia y/o mayor voltaje de ruptura inversa. La gran mayoría de los dispositivos de potencia discretos (es decir, no integrados) se construyen utilizando una estructura vertical, mientras que los dispositivos de pequeña señal emplean una estructura lateral. Con la estructura vertical, la corriente nominal del dispositivo es proporcional a su área y la capacidad de bloqueo de voltaje se logra en la altura de la matriz. Con esta estructura, una de las conexiones del dispositivo se ubica en la parte inferior del chip semiconductor.
El MOSFET de potencia es el dispositivo de potencia más común en el mundo, debido a su baja potencia de accionamiento de compuerta, su rápida velocidad de conmutación y su avanzada capacidad de conexión en paralelo. Tiene una amplia gama de aplicaciones de electrónica de potencia, como aparatos de información portátiles, circuitos integrados de potencia, teléfonos móviles, ordenadores portátiles y la infraestructura de comunicaciones que permite Internet. En 2010, los MOSFET de potencia representan la mayor parte (53%) del mercado de transistores de potencia, seguidos por los IGBT (27%), luego los amplificadores de RF (11%) y luego los transistores de unión bipolar (9%).
Dispositivos de estado sólido
| Dispositivo | Descripción | Calificaciones |
|---|---|---|
| Diode | Dispositivo de conmutación Uni-polar, incontrolado, utilizado en aplicaciones como el control de corriente de rectificación y circuito. Dispositivo de bloqueo de tensión inversa, comúnmente modelado como un interruptor en serie con una fuente de tensión, por lo general 0,7 VDC. El modelo se puede mejorar para incluir una resistencia a la unión, con el fin de predecir con precisión la caída del voltaje del diodo a través del diodo con respecto al flujo actual. | Hasta 3000 amperios y 5000 voltios en un solo dispositivo de silicio. Alta tensión requiere varios dispositivos de silicio de serie. |
| Rectificador controlado por silicona (SCR) | Este dispositivo semicontrolado se enciende cuando está presente un pulso de puerta y el ánodo es positivo en comparación con la cathode. Cuando hay un pulso de puerta, el dispositivo funciona como un diodo estándar. Cuando el ánodo es negativo en comparación con el cathode, el dispositivo se apaga y bloquea tensiones positivas o negativas presentes. El voltaje de la puerta no permite que el dispositivo se apaga. | Hasta 3000 amperios, 5000 voltios en un solo dispositivo de silicio. |
| Thyristor | El tiristor es una familia de dispositivos triterminales que incluyen SCRs, GTOs y MCT. Para la mayoría de los dispositivos, un pulso de puerta gira el dispositivo. El dispositivo se apaga cuando el voltaje del ánodo cae por debajo de un valor (relativo a la cathode) determinado por las características del dispositivo. Cuando está apagado, se considera un dispositivo de bloqueo de tensión inversa. | |
| Puerta de desvío de tiristor (GTO) | El desvío de la puerta turistor, a diferencia de un SCR, puede ser encendido y apagado con un pulso de puerta. Un problema con el dispositivo es que apagar los voltajes de las puertas suele ser mayor y requiere más corriente que encender los niveles. Este voltaje de apagado es un voltaje negativo de puerta a fuente, por lo general sólo necesita estar presente por un corto tiempo, pero la magnitud s en el orden de 1/3 de la corriente de ánodo. Se requiere un circuito de snubber para proporcionar una curva de conmutación usable para este dispositivo. Sin el circuito de snubber, el GTO no se puede utilizar para apagar cargas inductivas. Estos dispositivos, debido a la evolución de la tecnología IGCT no son muy populares en el ámbito de la electrónica de energía. Se consideran controlados, uni-polar y bloqueo de tensión bipolar. | |
| Triac | El triac es un dispositivo que es esencialmente un par integrado de tirisores controlados por fase conectados en el inverso-paralelo en el mismo chip. Como un SCR, cuando un pulso de tensión está presente en la terminal de la puerta, el dispositivo se enciende. La principal diferencia entre un SCR y un Triac es que tanto el ciclo positivo como el negativo se puede activar independientemente uno del otro, utilizando un pulso de puerta positivo o negativo. Similar a un SCR, una vez que el dispositivo está encendido, el dispositivo no puede ser apagado. Este dispositivo es considerado bloqueo de voltaje bipolar e inverso. | |
| Transistor de unión bipolar (BJT) | El BJT no se puede utilizar a alta potencia; son más lentos y tienen pérdidas más resistivas en comparación con los dispositivos tipo MOSFET. Para llevar alta corriente, los BJT deben tener corrientes de base relativamente grandes, por lo tanto estos dispositivos tienen pérdidas de alta potencia en comparación con los dispositivos MOSFET. BJTs junto con MOSFETs, are also considered unipolar y no bloquee el voltaje inverso muy bien, a menos que se instale en pares con diodos de protección. Generalmente, los BJT no son utilizados en circuitos de conmutación de electrónica de energía debido a la I2Pérdidas R asociadas a los requerimientos de resistencia y corriente base. Los BJT tienen ganancias corrientes más bajas en paquetes de alta potencia, lo que requiere que se establezcan en configuraciones de Darlington para manejar las corrientes requeridas por circuitos electrónicos de potencia. Debido a estas múltiples configuraciones transistoras, los tiempos de conmutación están en los cientos de nanosegundos a microsegundos. Los dispositivos tienen valores de tensión que max out alrededor de 1500 V y calificaciones de corriente bastante alta. También pueden ser paralelos para aumentar el manejo de energía, pero deben limitarse a alrededor de 5 dispositivos para compartir corriente. | |
| Power MOSFET | El principal beneficio de la potencia MOSFET en comparación con el BJT es que el MOSFET es un dispositivo de canal de agotamiento y por lo tanto el voltaje, no actual, es necesario para crear un camino de conducción de drenaje a fuente. En frecuencias bajas esto reduce enormemente la corriente de la puerta porque sólo es necesario cargar la capacitancia de la puerta durante el cambio, aunque a medida que las frecuencias aumentan esta ventaja se reduce. La mayoría de las pérdidas en MOSFET se deben a la resistencia, puede aumentar a medida que más flujos de corriente a través del dispositivo y también son mayores en dispositivos que deben proporcionar un alto voltaje de bloqueo. BVdss.
Los tiempos de cambio varían de decenas de nanosegundos a unos pocos cientos de microsegundos. Los voltajes nominales para los dispositivos de conmutación MOSFET van desde unos pocos voltios hasta un poco más de 1000 V, con corrientes de hasta aproximadamente 100 A o así, aunque los MOSFET pueden ser paralelos para aumentar la corriente de conmutación. Los dispositivos MOSFET no son bidireccionales, ni están bloqueando tensión inversa. | |
| Transistor bipolar de ágata aislada (IGBT) | Estos dispositivos tienen las mejores características de MOSFETs y BJTs. Al igual que los dispositivos MOSFET, el transistor bipolar de puerta aislado tiene una impedancia de puerta alta, así bajos requisitos de corriente de puerta. Como BJTs, este dispositivo tiene baja tensión en el estado, por lo tanto baja pérdida de potencia a través del interruptor en modo operativo. Al igual que el GTO, el IGBT se puede utilizar para bloquear voltajes tanto positivos como negativos. Las corrientes de funcionamiento son bastante altas, superiores a 1500 A y el voltaje de conmutación de hasta 3000 V. El IGBT ha reducido la capacitancia de entrada en comparación con los dispositivos MOSFET que mejora el efecto de retroalimentación de Miller durante la alta dv/dt encender y apagar. | |
| Tiristor controlado por MOS (MCT) | El tiristor controlado por MOS es como turistor y puede ser activado en o apagado por un pulso a la puerta MOSFET. Dado que la entrada es la tecnología MOS, hay muy poca corriente de flujo, permitiendo señales de control de potencia muy bajas. El dispositivo se construye con dos entradas MOSFET y un par de etapas de salida BJT. Los MOSFET de entrada están configurados para permitir activar el control durante ciclos positivos y negativos. Los BJT de salida están configurados para permitir el control bidireccional y el bloqueo inverso de baja tensión. Algunos beneficios para el MCT son frecuencias de conmutación rápida, tensión bastante alta y clasificaciones medias de corriente (alrededor de 100 A o así). | |
| Tiristor integrado de computación por puerta (IGCT) | Similar a un GTO, pero sin los altos requisitos actuales para encender o apagar la carga. El IGCT se puede utilizar para cambiar rápidamente con poca corriente de puerta. Los dispositivos de alta impedancia de entrada en gran parte debido a los controladores de puerta MOSFET. Tienen salidas de baja resistencia que no desperdician la potencia y tiempos transitorios muy rápidos que rivalizan con los BJT. ABB Group Company ha publicado hojas de datos para estos dispositivos y ha proporcionado descripciones de los trabajos internos. El dispositivo consiste en una puerta, con entrada ópticamente aislada, transistores de salida BJT de baja resistencia que conducen a una baja caída de tensión y baja pérdida de potencia a través del dispositivo con un voltaje de conmutación bastante alto y niveles de corriente.
Un ejemplo de este nuevo dispositivo de ABB muestra cómo este dispositivo mejora la tecnología GTO para conmutar alta tensión y alta corriente en aplicaciones de electrónica de energía. Según ABB, los dispositivos IGCT son capaces de cambiar en exceso de 5000 VAC y 5000 A a frecuencias muy altas, algo que no es posible hacer eficientemente con los dispositivos GTO. |
Clasificaciones
Un dispositivo de alimentación puede clasificarse en una de las siguientes categorías principales (consulte la figura 1):
- Un dispositivo de dos plazos (por ejemplo, un diodo), cuyo estado depende completamente del circuito de energía externa al que está conectado.
- Un dispositivo de tres plazos (por ejemplo, un triodo), cuyo estado depende no sólo de su circuito de potencia externo, sino también de la señal en su terminal de conducción (este terminal es conocido como el Puerta o base).
- Un dispositivo de cuatro terminales (por ejemplo, interruptor de control de silicona -SCS). SCS es un tipo de turistor que tiene cuatro capas y cuatro terminales llamados ánodo, puerta de ánodo, puerta de cátodo y cátodo. los terminales están conectados a la primera, segunda, tercera y cuarta capa respectivamente.
Otra clasificación es menos obvia, pero tiene una fuerte influencia en el rendimiento del dispositivo:
- A dispositivo mayoritario (por ejemplo, un diodo Schottky, un MOSFET, etc.); esto utiliza sólo un tipo de portadores de carga.
- A dispositivo de transporte minoritario (por ejemplo, un tiristor, un transistor bipolar, un IGBT, etc.); esto utiliza portadores de mayoría y minoría (es decir, electrones y agujeros de electrones).
Un dispositivo de operador mayoritario es más rápido, pero la inyección de carga de los dispositivos de operador minoritario permite un mejor rendimiento en el estado.
Diodos
Un diodo ideal debe tener las siguientes características:
- Cuando secuestrada, el voltaje a través de los terminales finales del diodo debe ser cero, no importa la corriente que fluye a través de él (en estado).
- Cuando imparcial, la corriente de fuga debe ser cero, no importa el voltaje (off-state).
- La transición (o conmutación) entre el estado y el estado libre debe ser instantánea.
En realidad, el diseño de un diodo es una compensación entre el rendimiento en estado encendido, apagado y conmutación. De hecho, la misma área del dispositivo debe sostener el voltaje de bloqueo en el estado apagado y permitir el flujo de corriente en el estado encendido; Como los requisitos para los dos estados son completamente opuestos, se debe optimizar un diodo para uno de ellos o se debe dejar tiempo para cambiar de un estado al otro (es decir, se debe reducir la velocidad de conmutación).
Estas compensaciones son las mismas para todos los dispositivos de energía; por ejemplo, un diodo Schottky tiene una excelente velocidad de conmutación y rendimiento en estado encendido, pero un alto nivel de corriente de fuga en estado apagado. Por otro lado, un diodo PIN está disponible comercialmente en diferentes velocidades de conmutación (los que se denominan rectificadores "rápidos" y "ultrarápidos"), pero cualquier aumento de velocidad va necesariamente asociado a una menor desempeño en el estado.
Interruptores
Las compensaciones entre voltaje, corriente y frecuencia también existen para un interruptor. De hecho, cualquier semiconductor de potencia se basa en una estructura de diodo PIN para mantener el voltaje; esto se puede ver en la figura 2. El MOSFET de potencia tiene las ventajas de un dispositivo de portadora mayoritaria, por lo que puede alcanzar una frecuencia de operación muy alta, pero no puede usarse con voltajes altos; al tratarse de un límite físico, no se espera ninguna mejora en el diseño de un MOSFET de silicio en cuanto a sus tensiones nominales máximas. Sin embargo, su excelente rendimiento en aplicaciones de bajo voltaje lo convierte en el dispositivo elegido (de hecho, la única opción, actualmente) para aplicaciones con voltajes inferiores a 200 V. Al colocar varios dispositivos en paralelo, es posible aumentar la corriente nominal de un interruptor. El MOSFET es particularmente adecuado para esta configuración, porque su coeficiente de resistencia térmica positivo tiende a dar como resultado un equilibrio de corriente entre los dispositivos individuales.
El IGBT es un componente reciente, por lo que su rendimiento mejora periódicamente a medida que evoluciona la tecnología. Ya ha sustituido por completo al transistor bipolar en aplicaciones de energía; Está disponible un módulo de potencia en el que se conectan varios dispositivos IGBT en paralelo, lo que lo hace atractivo para niveles de potencia de hasta varios megavatios, lo que amplía aún más el límite en el que los tiristores y los GTO se convierten en la única opción. Básicamente, un IGBT es un transistor bipolar impulsado por un MOSFET de potencia; tiene las ventajas de ser un dispositivo portador minoritario (buen rendimiento en estado encendido, incluso para dispositivos de alto voltaje), con la alta impedancia de entrada de un MOSFET (puede encenderse o apagarse con una cantidad muy baja de energía).
La principal limitación del IGBT para aplicaciones de bajo voltaje es la alta caída de voltaje que presenta en el estado encendido (de 2 a 4 V). En comparación con el MOSFET, la frecuencia de funcionamiento del IGBT es relativamente baja (normalmente no superior a 50 kHz), principalmente debido a un problema durante el apagado conocido como cola de corriente: la lenta caída del La corriente de conducción durante el apagado resulta de una lenta recombinación de una gran cantidad de portadores que inundan la espesa 'deriva' región del IGBT durante la conducción. El resultado neto es que la pérdida de conmutación de apagado de un IGBT es considerablemente mayor que su pérdida de encendido. Generalmente, en las hojas de datos, la energía de apagado se menciona como parámetro medido; ese número debe multiplicarse por la frecuencia de conmutación de la aplicación prevista para estimar la pérdida de apagado.
A niveles de potencia muy altos, todavía se utiliza con frecuencia un dispositivo basado en tiristores (por ejemplo, un SCR, un GTO, un MCT, etc.). Este dispositivo se puede encender mediante un pulso proporcionado por un circuito impulsor, pero no se puede apagar eliminando el pulso. Un tiristor se apaga tan pronto como ya no fluye corriente a través de él; esto sucede automáticamente en un sistema de corriente alterna en cada ciclo, o requiere un circuito con los medios para desviar la corriente alrededor del dispositivo. Tanto los MCT como los GTO se han desarrollado para superar esta limitación y se utilizan ampliamente en aplicaciones de distribución de energía.
Algunas aplicaciones de semiconductores de potencia en modo conmutado incluyen atenuadores de lámparas, fuentes de alimentación conmutadas, cocinas de inducción, sistemas de encendido de automóviles y motores eléctricos de CA y CC de todos los tamaños.
Amplificadores
Los amplificadores funcionan en la región activa, donde tanto la corriente como el voltaje del dispositivo son distintos de cero. En consecuencia, la energía se disipa continuamente y su diseño está dominado por la necesidad de eliminar el exceso de calor del dispositivo semiconductor. Los dispositivos amplificadores de potencia a menudo pueden reconocerse por el disipador de calor utilizado para montarlos. Existen varios tipos de dispositivos amplificadores semiconductores de potencia, como el transistor de unión bipolar, el transistor de efecto de campo MOS vertical y otros. Los niveles de potencia de los dispositivos amplificadores individuales varían hasta cientos de vatios, y los límites de frecuencia varían hasta las bandas inferiores de microondas. Un amplificador de potencia de audio completo, con dos canales y una potencia nominal del orden de decenas de vatios, se puede colocar en un pequeño paquete de circuito integrado, necesitando sólo unos pocos componentes pasivos externos para funcionar. Otra aplicación importante de los amplificadores en modo activo es en fuentes de alimentación reguladas linealmente, cuando se utiliza un dispositivo amplificador como regulador de voltaje para mantener el voltaje de carga en una configuración deseada. Si bien una fuente de alimentación de este tipo puede ser menos eficiente energéticamente que una fuente de alimentación de modo conmutado, la simplicidad de su aplicación las hace populares, especialmente en rangos de corriente de hasta aproximadamente un amperio.
Parámetros
- Tensión de desintegración: A menudo, hay un cambio de posición entre el voltaje de descomposición y la resistencia, ya que el aumento del voltaje de descomposición incorporando una región de deriva más gruesa y baja del dopado conduce a una mayor resistencia.
- Sobre la resistencia: Una calificación de corriente más alta reduce la resistencia debido a un mayor número de células paralelas. Esto aumenta la capacitancia general y disminuye la velocidad.
- Tiempos de ida y caída: La cantidad de tiempo que se necesita para cambiar entre el estado y el estado libre.
- Zona de seguridad: Esta es una disipación térmica y la consideración de "arranque".
- Resistencia térmica: Este es un parámetro a menudo ignorado pero extremadamente importante desde el punto de vista del diseño práctico; un semiconductor no funciona bien a temperatura elevada, y sin embargo debido a la conducción de corriente grande, un dispositivo semiconductor de potencia invariablemente se calienta. Por lo tanto, tales dispositivos deben enfriarse eliminando ese calor continuamente; la tecnología de embalaje y sincronía de calor proporciona un medio para eliminar el calor de un dispositivo semiconductor al conducirlo al entorno externo. En general, un dispositivo de corriente grande tiene una gran superficie de fundición y embalaje y menor resistencia térmica.
Investigación y desarrollo
Embalaje
La función del embalaje es:
- conectar una matriz al circuito externo.
- proporcionar una manera de eliminar el calor generado por el dispositivo.
- proteger la muerte del ambiente externo (madura, polvo, etc.).
Muchos de los problemas de confiabilidad de un dispositivo de energía están relacionados con una temperatura excesiva o con la fatiga debido al ciclo térmico. Actualmente se realizan investigaciones sobre los siguientes temas:
- Rendimiento de enfriamiento.
- Resistencia al ciclismo térmico combinando estrechamente el Coeficiente de expansión térmica del embalaje al del silicio.
- La temperatura máxima de funcionamiento del material de embalaje.
También se están realizando investigaciones sobre cuestiones eléctricas, como la reducción de la inductancia parásita de los envases; esta inductancia limita la frecuencia de operación, porque genera pérdidas durante la conmutación.
Un MOSFET de baja tensión también está limitado por la resistencia parasitaria de su paquete, ya que su resistencia intrínseca en el estado es tan baja como uno o dos milliohms.
Algunos de los tipos más comunes de paquetes de semiconductores de potencia incluyen el TO-220, TO-247, TO-262, TO-3, D2Pak, etc.
Mejora de estructuras
El diseño del IGBT aún está en desarrollo y se puede esperar que proporcione aumentos en los voltajes de operación. En el extremo de alta potencia del rango, el tiristor controlado por MOS es un dispositivo prometedor. Lograr una mejora importante con respecto a la estructura MOSFET convencional al emplear el principio de equilibrio de carga de la súper unión: esencialmente, permite que la gruesa región de deriva de un MOSFET de potencia esté fuertemente dopada, reduciendo así la resistencia eléctrica al flujo de electrones sin comprometer el voltaje de ruptura. Esto se yuxtapone con una región que está igualmente dopada con la polaridad portadora opuesta (agujeros); Estas dos regiones similares, pero dopadas de manera opuesta, cancelan efectivamente su carga móvil y desarrollan una 'región agotada' que soporta el alto voltaje durante el estado apagado. Por otro lado, durante el estado encendido, el mayor dopaje de la región de deriva permite el fácil flujo de portadores, reduciendo así la resistencia al encendido. Los dispositivos comerciales, basados en este principio de superunión, han sido desarrollados por empresas como Infineon (productos CoolMOS) e International Rectifier (IR).
Semiconductores de banda prohibida ancha
Se espera que el mayor avance en los dispositivos semiconductores de potencia sea la sustitución del silicio por un semiconductor de banda prohibida amplia. Actualmente, el carburo de silicio (SiC) se considera el más prometedor. Se encuentra disponible comercialmente un diodo Schottky de SiC con un voltaje de ruptura de 1200 V, al igual que un JFET de 1200 V. Como ambos son dispositivos de operador mayoritario, pueden funcionar a alta velocidad. Se está desarrollando un dispositivo bipolar para voltajes más altos (hasta 20 kV). Entre sus ventajas, el carburo de silicio puede funcionar a una temperatura más alta (hasta 400 °C) y tiene una resistencia térmica menor que el silicio, lo que permite una mejor refrigeración.
Notas y referencias
Notas
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