Além da Lei de Moore, a tecnologia de materiais semicondutores de terceira geração atinge seu ápice.  
     
Desde o início do século XXI, o surgimento de novas aplicações como inteligência artificial, 5G e direção autônoma impôs exigências mais elevadas ao desempenho dos chips. Isso também impulsionou a inovação contínua nos processos de fabricação de semicondutores e em novos materiais. Como a terceira geração de tecnologias de materiais semicondutores, que pode superar a Lei de Moore, elas estão vivendo seu momento de maior destaque.

Os materiais semicondutores de terceira geração, também conhecidos como semicondutores de banda proibida larga, são aqueles com uma grande largura de banda proibida (Eg ≥ ​​2.3 eV). O carbeto de silício (SiC) e o nitreto de gálio (GaN), materiais convencionais, bem como o óxido de zinco (ZnO), o diamante e o nitreto de alumínio (AlN), menos comuns, são os principais representantes da tecnologia de semicondutores de terceira geração. Comparados aos materiais semicondutores de primeira e segunda geração, além de uma banda proibida mais larga, os semicondutores de terceira geração também apresentam excelente rigidez dielétrica, condutividade térmica, taxa de saturação de elétrons e resistência à radiação. Eles oferecem vantagens na fabricação de dispositivos de alta temperatura, alta frequência, resistentes à radiação e de alta potência, podendo atender à necessidade urgente de sistemas de conversão de energia mais eficientes. De acordo com o "Relatório de Semicondutores de Potência SiC e GaN de 2020" da Omdia, a receita global de vendas de semicondutores de potência SiC e GaN deverá atingir US$ 854 milhões até o final de 2020. A previsão é de que o setor apresente taxas de crescimento anual de dois dígitos nos próximos dez anos e ultrapasse US$ 5 bilhões até 2029.

Muitas novas aplicações, como veículos elétricos, 5G e big data, trouxeram oportunidades de desenvolvimento para materiais semicondutores. Em aplicações como data centers de alto consumo energético, diversos carregadores e inversores de motores de tração para veículos elétricos que estão prestes a substituir os motores de combustão interna, as melhorias na eficiência energética reduzirão o dióxido de carbono produzido pelo consumo de energia tradicional, como petróleo e carvão. Novos materiais também promovem a aplicação em larga escala de energia renovável. Por exemplo, semicondutores de potência de banda larga podem tornar a geração de energia solar e eólica mais eficiente.

 

Por outro lado, com a implantação e aplicação da Internet das Coisas (IoT) baseada no 5G, a Internet de Tudo se populariza em larga escala, permitindo que bilhões de usuários, máquinas e dispositivos compartilhem grandes quantidades de dados, imagens de alta resolução e fluxos de vídeo de alta definição em tempo real. Cirurgias remotas, carros autônomos, entregas por drones e muitas outras aplicações desafiadoras se tornarão realidade, deixando de ser apenas conceitos. Além de se beneficiarem da inteligência artificial (IA) e do aprendizado de máquina, esses avanços também dependem de novos recursos com maior capacidade de processamento, maior largura de banda e menor latência.

Líder em inovação, a ST implementa ativamente aplicações de tecnologia de semicondutores de terceira geração.  
     
No início da década de 1990, a ST desenvolveu e lançou transistores e diodos MOSFET de SiC a partir de wafers de 2 polegadas. Após anos de investimento contínuo, a ST obteve patentes importantes para processos de fabricação essenciais. Seja em camadas epitaxiais, design de terminação de borda ou camadas de óxido de porta, a expertise da ST na fabricação de transistores e diodos de alta tensão desempenhou um papel fundamental para que a empresa assumisse a liderança no desenvolvimento bem-sucedido do SiC.A ST aproveitou esse impulso para se tornar um fornecedor chave de SiC na indústria emergente de veículos elétricos (VE).Os produtos de SiC da ST são usados ​​principalmente no carregamento a bordo de veículos elétricos, inversores principais, conversores CC-CC, acionamentos industriais, sistemas fotovoltaicos e outras aplicações. Ao mesmo tempo, a ST mantém o compromisso com o desenvolvimento de dispositivos de GaN para aplicações como estações base 5G e torres de comunicação, chaves de potência, eletrônicos de consumo, carregadores industriais e adaptadores de energia. Produtos de radiofrequência (RF) com GaN sobre silício estão atualmente em fase de projeto, o que permitirá à ST maximizar seu portfólio de produtos.  
Em termos de MOSFETs de SiC, a ST está estabelecendo uma cadeia de suprimentos estável: a aquisição bem-sucedida da sueca Norstel AB completou uma integração vertical completa da cadeia de suprimentos, firmou contratos de fornecimento de wafers de longo prazo com a Cree e a SiCrystal e continuou a expandir sua própria capacidade de produção.A ST está a consolidar o seu sucesso com o SiC.Continue para o campo GaN, implementando ativamente uma série de cooperações com os setores a montante e a jusante da cadeia produtiva: adquirindo uma participação majoritária na Exagan, empresa inovadora em nitreto de gálio; adotando o processo de fabricação de GaN líder do setor da TSMC; cooperando com a Leti para desenvolver tecnologia de conversão de energia de nitreto de gálio baseada em silício; trabalhando com a MACOM para aumentar a capacidade de produção de GaN baseado em silício, etc.          O lançamento da plataforma ST masterGaN®: inaugurando a era do carregamento GaN mais compacto, leve e rápido.  
     
A tendência de miniaturização das fontes de alimentação vem ocorrendo há décadas e espera-se que continue a viabilizar novas aplicações de mercado. Além disso, o aumento da densidade de potência é fundamental para a melhoria da eficiência energética e também um parâmetro ao qual os projetistas atribuem grande importância. No entanto, ainda existem limitações técnicas significativas para se obter soluções de energia mais compactas e eficientes.  
Como uma nova onda de inovação, a tecnologia de transistores de alta mobilidade de elétrons (HEMT) de nitreto de gálio (GaN) está revolucionando o mundo da engenharia de potência. Os transistores FET de potência de GaN superam as limitações de desempenho das soluções de potência convencionais baseadas em silício, possibilitando alta velocidade, alta eficiência e maior densidade de potência que os MOSFETs de silício jamais alcançaram, impulsionando novos mercados de aplicação. Como líder e pioneira no mercado de conversão de energia há décadas, a ST utiliza sua experiência técnica incomparável e conhecimento de sistemas para surfar essa nova onda de inovação e lançar continuamente novos produtos e soluções para atender a uma gama mais ampla de aplicações de mercado.  
Recentemente, a ST lançou a primeira plataforma de produto do mundo, a masterGaN®, que integra um chip driver de meia ponte baseado em silício e um par de transistores GaN. Essa solução integrada ajudará a acelerar o desenvolvimento da próxima geração de carregadores e adaptadores de energia leves e econômicos, com potência inferior a 400 W, para eletrônicos de consumo e aplicações industriais.  
   
A tecnologia GaN permite que dispositivos eletrônicos processemMais poder, enquanto o próprio dispositivo se tornaMenor, mais leve e com maior eficiência energética.Essas melhorias transformarão os carregadores ultrarrápidos e os carregadores sem fio para smartphones, os adaptadores compactos USB-PD para PCs e consoles de jogos, bem como aplicações industriais como sistemas de armazenamento de energia solar, fontes de alimentação ininterrupta ou TVs OLED de alta qualidade e servidores em nuvem.   
No mercado atual de GaN, transistores de potência discretos e circuitos integrados de acionamento são frequentemente utilizados, o que exige que os projetistas aprendam a fazê-los funcionar em conjunto para obter o desempenho ideal. A solução masterGaN da STMicroelectronics supera esse desafio, reduzindo o tempo de lançamento no mercado e atingindo o desempenho esperado, ao mesmo tempo que torna o encapsulamento menor e mais simples, com menos componentes de circuito e maior confiabilidade do sistema. Aproveitando as vantagens da tecnologia GaN e dos produtos integrados da STMicroelectronics, os carregadores e adaptadores que utilizam os novos produtos são mais eficientes do que as soluções convencionais baseadas em silício.Reduzir o tamanho em 80%, reduzir o peso em 70% e aumentar a velocidade de carregamento em 2 vezes..  
   
      As vantagens exclusivas da plataforma de produtos masterGaN  
     
Matteo Lo Presti, vice-presidente executivo e gerente geral da Divisão de Produtos Analógicos da STMicroelectronics, afirmou: "A plataforma de produtos masterGaN exclusiva da ST é baseada em nossa experiência comprovada no mercado e em nossas capacidades de design, integrando o processo BCD de alta tensão e a tecnologia GaN, o que pode acelerar o desenvolvimento de produtos compactos, energeticamente eficientes e ecologicamente corretos."
 

O masterGaN1 é o primeiro produto da plataforma masterGaN da STMicroelectronics, integrando dois transistores de potência GaN em configuração de meia ponte e circuitos de acionamento de alta e baixa tensão. O masterGaN1 é encapsulado em um pacote GQFN de 9 mm x 9 mm com apenas 1 mm de espessura e já está em produção em massa. Além disso, a STMicroelectronics também fornece uma placa de avaliação do produto para ajudar os clientes a iniciar rapidamente seus projetos de produtos de potência.

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