Más allá de la Ley de Moore, la tecnología de materiales semiconductores de tercera generación alcanza su punto álgido.  
     
Desde principios del siglo XXI, el auge de nuevas aplicaciones como la inteligencia artificial, el 5G y la conducción autónoma ha elevado las exigencias en el rendimiento de los chips. Asimismo, ha impulsado la innovación continua en los procesos de fabricación de semiconductores y en el desarrollo de nuevos materiales. Como tercera generación de tecnologías de materiales semiconductores que podrían superar la Ley de Moore, estas tecnologías han alcanzado su máximo potencial.

Los materiales semiconductores de tercera generación, también conocidos como semiconductores de banda prohibida ancha, son aquellos con una banda prohibida amplia (Eg≥2.3 eV). El carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), materiales de uso común, así como el óxido de zinc (ZnO), el diamante y el nitruro de aluminio (AlN), menos comunes, son los principales representantes de la tecnología de semiconductores de tercera generación. En comparación con los materiales semiconductores de primera y segunda generación, además de una banda prohibida más amplia, los semiconductores de tercera generación presentan una excelente rigidez dieléctrica, conductividad térmica, tasa de saturación electrónica y resistencia a la radiación. Ofrecen ventajas en la fabricación de dispositivos de alta temperatura, alta frecuencia, resistentes a la radiación y de alta potencia, y pueden satisfacer la urgente necesidad de sistemas de conversión de energía más eficientes. Según el "Informe de Omdia de 2020 sobre semiconductores de potencia de SiC y GaN", se espera que los ingresos globales por ventas de semiconductores de potencia de SiC y GaN alcancen los 854 millones de dólares estadounidenses a finales de 2020. Lograrán tasas de crecimiento anual de dos dígitos durante los próximos diez años y superarán los 5 millones de dólares estadounidenses para 2029.

Numerosas aplicaciones novedosas, como los vehículos eléctricos, la tecnología 5G y el análisis de macrodatos, han brindado oportunidades de desarrollo a los materiales semiconductores. En aplicaciones como los centros de datos de alto consumo energético, los cargadores y los inversores de motores de tracción para vehículos eléctricos que pronto reemplazarán a los motores de combustión interna, las mejoras en la eficiencia energética reducirán las emisiones de dióxido de carbono derivadas del consumo de energía tradicional, como el petróleo y el carbón. Los nuevos materiales también impulsan la aplicación a gran escala de las energías renovables. Por ejemplo, los semiconductores de potencia de banda prohibida ancha pueden aumentar la eficiencia de la generación de energía solar y eólica.

 

Por otro lado, con el despliegue y la aplicación del Internet de las Cosas (IoT) basado en 5G, el Internet de Todo se populariza a gran escala, y miles de millones de usuarios, máquinas y dispositivos pueden compartir grandes cantidades de datos, imágenes de alta resolución y transmisiones de video de alta definición en tiempo real. La cirugía remota, los vehículos autónomos, la entrega con drones y muchas otras aplicaciones innovadoras se convertirán en realidad. Además de beneficiarse de la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático, estos avances son inseparables de nuevos materiales con mayor capacidad de procesamiento, mayor ancho de banda y menor latencia.

ST, líder en innovación, implementa activamente aplicaciones de tecnología de semiconductores de tercera generación.  
     
A principios de la década de 1990, ST comenzó a desarrollar y lanzar transistores y diodos MOSFET de SiC a partir de obleas de 2 pulgadas. Tras años de inversión a largo plazo, ST obtuvo patentes clave para los procesos de fabricación centrales relacionados. Ya sean capas epitaxiales, diseño de terminación de borde o capas de óxido de puerta, la experiencia de ST en la fabricación de transistores y diodos de alto voltaje ha sido fundamental para que ST se posicionara como líder en el desarrollo exitoso de SiC.ST ha aprovechado este impulso para convertirse en un proveedor clave de SiC en la emergente industria de vehículos eléctricos (VE).Los productos de SiC de ST se utilizan principalmente en la carga a bordo de vehículos eléctricos, inversores principales, convertidores CC-CC, accionamientos industriales, sistemas fotovoltaicos y otras aplicaciones. Al mismo tiempo, ST mantiene su compromiso con el desarrollo de dispositivos de GaN para aplicaciones como estaciones base 5G y torres de comunicación, interruptores de potencia, electrónica de consumo y cargadores y adaptadores de corriente industriales. Actualmente se están diseñando productos de RF de GaN sobre silicio, lo que permitirá a ST ampliar su cartera de productos.  
En términos de MOSFET de SiC, ST está estableciendo una cadena de suministro estable: la exitosa adquisición de Norstel AB de Suecia completó una integración vertical completa de la cadena de suministro, firmó acuerdos de suministro de obleas a largo plazo con Cree y SiCrystal, y también continuó expandiendo su propia capacidad de producción.ST está aprovechando su éxito en SiC.Continuar hacia el campo de GaN, llevando a cabo activamente una serie de colaboraciones con los eslabones anteriores y posteriores de la cadena industrial: adquiriendo una participación mayoritaria en el innovador de nitruro de galio Exagan, adoptando el proceso de fabricación de GaN líder en la industria de TSMC, cooperando con Leti para desarrollar tecnología de conversión de energía de nitruro de galio basada en silicio, trabajando con MACOM para aumentar la capacidad de producción de GaN basada en silicio, etc.          El lanzamiento de la plataforma ST masterGaN®: inaugurando la era de la carga GaN más pequeña, ligera y rápida.  
     
La tendencia a la miniaturización de las fuentes de alimentación lleva décadas en marcha y se prevé que continúe impulsando nuevas aplicaciones en el mercado. Además, el aumento de la densidad de potencia es clave para mejorar la eficiencia energética y es un parámetro al que los diseñadores otorgan gran importancia. Sin embargo, aún existen importantes limitaciones técnicas para lograr soluciones de alimentación más compactas y eficientes.  
Como una nueva ola de innovación, la tecnología de transistores de alta movilidad electrónica de GaN está revolucionando el mundo de la ingeniería de potencia. Los transistores FET de potencia de GaN superan las limitaciones de rendimiento de las soluciones de potencia convencionales basadas en silicio, permitiendo alta velocidad, alta eficiencia y mayor densidad de potencia que los MOSFET basados ​​en silicio nunca habían alcanzado, e impulsando nuevos mercados de aplicación. Como líder y pionero en el mercado de conversión de potencia durante décadas, ST aprovecha su incomparable experiencia técnica y conocimiento de sistemas para subirse a esta nueva ola de innovación y lanzar continuamente nuevos productos y soluciones que cubran una gama más amplia de aplicaciones de mercado.  
Recientemente, ST lanzó masterGaN®, la primera plataforma de productos del mundo que integra un chip controlador de medio puente basado en silicio y un par de transistores GaN. Esta solución integrada contribuirá a acelerar el desarrollo de la próxima generación de cargadores y adaptadores de corriente ligeros y de bajo consumo (menos de 400 W) para electrónica de consumo y aplicaciones industriales.  
   
La tecnología GaN permite que los dispositivos electrónicos procesenMás podermientras que el dispositivo en sí se convierteMás pequeño, más ligero y más eficiente energéticamente.Estas mejoras transformarán los cargadores ultrarrápidos y los cargadores inalámbricos para teléfonos inteligentes, los adaptadores compactos USB-PD para PC y consolas de videojuegos, así como aplicaciones industriales como sistemas de almacenamiento de energía solar, sistemas de alimentación ininterrumpida o televisores OLED de alta gama y servidores en la nube.   
In today's GaN market, discrete power transistors and driver ICs are often used, which requires designers to learn how to make them work together to achieve optimal performance. STMicroelectronics’ masterGaN solution bypasses this challenge, shortening time to market and achieving expected performance while making the package smaller and simpler, with fewer circuit components and higher system reliability. Leveraging the advantages of GaN technology and STMicroelectronics’ integrated products, chargers and adapters using the new products are more efficient than conventional silicon-based solutions.Reducir el tamaño en un 80%, reducir el peso en un 70% y aumentar la velocidad de carga en un 2%..  
   
      Las ventajas únicas de la plataforma de productos masterGaN  
     
Matteo Lo Presti, vicepresidente ejecutivo y director general de la División de Productos Analógicos de STMicroelectronics, declaró: "La plataforma de productos masterGaN, única en su tipo, de ST se basa en nuestra experiencia y capacidades de diseño probadas en el mercado, integrando el proceso BCD de potencia inteligente de alto voltaje y la tecnología GaN, lo que puede acelerar el desarrollo de productos que ahorran espacio, son energéticamente eficientes y respetuosos con el medio ambiente".
 

masterGaN1 es el primer producto de la plataforma masterGaN de STMicroelectronics, que integra dos transistores de potencia GaN con configuración de medio puente y chips controladores de alta y baja tensión. masterGaN1 se presenta en un encapsulado GQFN de 9 mm x 9 mm con un grosor de tan solo 1 mm y ya se encuentra en producción en masa. Además, STMicroelectronics también ofrece una placa de evaluación para ayudar a los clientes a iniciar rápidamente proyectos de productos de potencia.

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