Para aplicaciones de alta temperatura, los investigadores han recurrido recientemente al nitruro de galio, un material único que puede soportar temperaturas de 500ºC o más. El material ya se utiliza en algunos dispositivos electrónicos, como cargadores de teléfonos y torres de telefonía celular, pero los científicos no conocen cómo se comportarían los dispositivos de nitruro de galio a temperaturas superiores a 300ºC, que es el límite operativo de los dispositivos electrónicos de silicio convencionales. Un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) ha estudiado el impacto de la temperatura en los contactos óhmicos de un dispositivo de nitruro de galio. Los contactos óhmicos son componentes clave que conectan un dispositivo semiconductor.
Los investigadores estudiaron el impacto de la temperatura en los contactos óhmicos de un dispositivo de nitruro de galio. Descubrieron que las temperaturas extremas no causaban una degradación significativa del material ni de los contactos de nitruro de galio. Se sorprendieron al ver que los contactos permanecían estructuralmente intactos incluso cuando se mantenían a 500º C durante 48 horas.
Aunque el nitruro de galio se está investigando, todavía se desconoce cómo cambian sus propiedades en diferentes condiciones. Una de esas propiedades es la resistencia, el flujo de corriente eléctrica a través de un material. La resistencia general de un dispositivo es inversamente proporcional a su tamaño. Pero los dispositivos como los semiconductores tienen contactos que los conectan a otros dispositivos electrónicos.
La resistencia de contacto causada por estas conexiones eléctricas permanece fija sin importar el tamaño del dispositivo. Demasiada resistencia de contacto puede provocar una mayor disipación de energía y frecuencias de funcionamiento más lentas para los circuitos electrónicos.
Pruebas a altas temperaturas
Para su estudio, los investigadores utilizaron las instalaciones de MIT.nano para construir dispositivos de nitruro de galio conocidos como estructuras de método de longitud de transferencia, que se componen de una serie de resistencias. Estos dispositivos les permiten medir la resistencia tanto del material como de los contactos.
Agregaron contactos óhmicos a estos dispositivos utilizando los dos métodos más comunes. El primero consiste en depositar metal sobre nitruro de galio y calentarlo a 825ºC durante unos 30 segundos, un proceso llamado recocido.
El segundo método implica eliminar trozos de nitruro de galio y utilizar una tecnología de alta temperatura para volver a cultivar nitruro de galio altamente dopado en su lugar. El material altamente dopado contiene electrones adicionales que pueden contribuir a la conducción de corriente.
Probaron los dispositivos de dos maneras: realizando pruebas a corto plazo colocando dispositivos en un plato caliente que alcanzaba los 500º C y tomando medidas de resistencia inmediatas; y a más largo plazo colocando dispositivos en un horno especializado. Los dispositivos estuvieron dentro del horno durante 72 horas para medir cómo cambia la resistencia en función de la temperatura y el tiempo.
Los resultados indicaban que la resistencia de contacto parece permanecer constante incluso a temperaturas de 500ºC, durante aproximadamente 48 horas. Y al igual que a temperatura ambiente, el proceso de rebrote condujo a un mejor rendimiento.
El material comenzó a degradarse después de estar en el horno durante 48 horas, pero los investigadores ya están trabajando para mejorar el rendimiento a largo plazo. Una estrategia consiste en agregar aislantes protectores para evitar que el material quede expuesto directamente al ambiente de alta temperatura.