Investigadores han fabricado un transistor de efecto de campo (JFET) de diamante con una conducción de corriente de 50 mA. Según este trabajo publicado en la revista IEEE Electron Device Letters, esto es cinco veces más que el récord anterior para un transistor cuya conducción se produce en todo su volumen.
La mayoría de los transistores están hechos de silicio, carburo de silicio o nitruro de galio. El diamante presenta teóricamente mejores propiedades que todos estos materiales, pero es difícil de dopar para hacerlo conductor y su crecimiento artificial sigue siendo complicado de controlar. Sin embargo, se han desarrollado transistores de diamante durante unos treinta años y sus prestaciones siguen mejorando.
A largo plazo, estos componentes serían excelentes para convertidores en vehículos eléctricos y aeronáutica. En la mayoría de los casos, los transistores de diamante solo conducen corriente en su superficie, no en su volumen, lo que puede limitar el control de la conductividad, la reproducibilidad de fabricación y la fiabilidad. Los transistores basados en conducción volumétrica ofrecen mejor escalabilidad, en lugar de quedarse en prototipos diminutos, pero su conductividad sigue siendo baja y no supera los diez miliamperios (mA).
Investigadores del Instituto Néel (CNRS), del Laboratorio plasma y conversión de energía (LAPLACE, CNRS/Toulouse INP/Univ. Toulouse) y de la startup DIAMFAB (Francia) han diseñado un transistor de diamante que alcanza una conducción volumétrica récord de 50 mA.
El componente es un transistor de efecto de campo (JFET) que utiliza conducción volumétrica, modelos compuestos por tres terminales: puerta, drenaje y fuente. El equipo logró obtener capas homogéneas de diamante, dopado con boro en este caso, sin defectos perjudiciales. Así pudieron aumentar el volumen útil del transistor y su puerta, que alcanza 14,7 mm con 24 dedos paralelos. El transistor ya no es un simple demostrador en miniatura, sino un componente utilizable.
a) Esquema en corte del transistor, b) vista superior con microscopio óptico.
© Michez et al.
Los científicos planean ahora mejorar el diseño y fabricación de estos transistores, especialmente para desarrollar su resistencia a la tensión, es decir, su capacidad para bloquear la corriente a demanda. Luego probarán sus prestaciones en entornos más cercanos a aplicaciones reales. Finalmente, los investigadores estudiarán otra arquitectura de transistor: los transistores de efecto de campo con puerta metal-óxido (MOSFET).
Referencias:
Over 50 mA Current in Interdigitated Diamond Field Effect Transistor.
Damien Michez, Juliette Letellier, Imane Hammas, Julien Pernot, Nicolas C. Rouger.
IEEE Electron Device Letters, vol. 45, no. 11, pp. 2058-2061, Nov. 2024.
https://doi.org/10.1109/LED.2024.3453504
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