El desarrollo que ha experimentado la tecnología involucrada en la producción de semiconductores durante las últimas dos décadas es asombroso. Y, lejos de ralentizarse, se está acelerando como consecuencia de la creciente demanda de circuitos integrados que están promoviendo las industrias de las tecnologías de la información o la del automóvil, entre otras.
El silicio es el rey en el reino de los semiconductores desde que en los años 60 destronó al germanio y se afianzó como el semiconductor con más potencial y el más utilizado por la industria de la electrónica. Sin embargo, ya tenemos alternativas muy interesantes a los semiconductores de silicio convencionales con los que todos estamos en cierta medida familiarizados.
Uno de ellos es el arseniuro de galio. A diferencia del silicio, no es un semiconductor elemental debido a que no está constituido por un único elemento químico: está compuesto de galio (Ga) y arsénico (As). En cualquier caso, las propiedades que lo hacen atractivo son la alta movilidad de sus electrones cuando se dan las condiciones apropiadas, su elevada velocidad de saturación, y, además, los transistores de arseniuro de galio pueden trabajar a frecuencias superiores a los 250 GHz, que es una cifra bastante impresionante.
No obstante, estos no son en absoluto los únicos semiconductores prometedores más allá del silicio de alta pureza utilizado por la mayor parte de los fabricantes de circuitos integrados. Precisamente, y aunque a priori suene un poco extraño, uno de los semiconductores que está consiguiendo acaparar la atención de la industria de los chips es el producto de introducir átomos de carbono en la estructura cristalina del silicio, haciéndolo menos puro, pero, en determinados escenarios de uso, más atractivo.
Carburo de silicio: estas son las propiedades que lo han puesto en el punto de mira
En realidad, este compuesto no es nuevo. Lo descubrió el químico sueco Jöns Jacob Berzelius en 1824 mientras trabajaba en un nuevo procedimiento que perseguía sintetizar diamantes, y su producción a gran escala arrancó en 1890 de la mano del químico estadounidense Edward Goodrich Acheson. Sus propiedades fisicoquímicas se conocen bien desde hace más de un siglo, pero ha sido la demanda actual de semiconductores la que lo ha colocado de nuevo en el punto de mira.
Al igual que el arseniuro de galio, el carburo de silicio no es un semiconductor elemental debido a que no está constituido por un único elemento químico. Como he mencionado un poco más arriba, contiene silicio y carbono, y en la naturaleza podemos encontrarlo en un mineral muy escaso conocido como moissanita en homenaje a Henri Moissan, el químico francés que dio con él accidentalmente en el ya muy lejano 1893.
Al introducir átomos de carbono en la estructura cristalina del silicio ultrapuro sus propiedades fisicoquímicas se ven alteradas
En la práctica, al introducir átomos de carbono en la estructura cristalina del silicio ultrapuro sus propiedades fisicoquímicas se ven alteradas, permitiendo que los electrones libres se muevan más y a más velocidad. Esta propiedad provoca que los semiconductores de carburo de silicio sean capaces de trabajar con una frecuencia de conmutación más alta que los chips de silicio puro. No obstante, esto no es todo.
Otra característica esencial de estos semiconductores consiste en que disipan sensiblemente menos energía en forma de calor que estos últimos. Esta propiedad nos permite intuir lo atractivos que son en el ámbito de la producción de semiconductores de potencia, en los que es imprescindible administrar la energía de la forma más eficiente posible. Una última propiedad de los semiconductores de carburo de silicio que merece la pena que no pasemos por alto es su alta estabilidad estructural ante el estrés térmico.
Un aliado valioso listo para desembarcar en el coche eléctrico
Las propiedades fisicoquímicas del carburo de silicio en las que acabamos de indagar lo hacen muy atractivo para un abanico de aplicaciones muy amplio, pero hay una en particular que puede beneficiarse de este compuesto de una forma profunda: el coche eléctrico. Y es que la integración de unos semiconductores de potencia que sean capaces de administrar la energía de una forma más eficiente es crucial en cualquier dispositivo en el que es necesario reducir el consumo energético con el propósito de dilatar su autonomía tanto como sea posible.
Bosch iniciará durante este mes de diciembre la producción a gran escala de semiconductores de carburo de silicio en su planta de Reutlingen (Alemania)
Además, debido a que durante su operación disipan menos energía en forma de calor que los semiconductores de silicio de alta pureza los chips de carburo de silicio pueden trabajar codo con codo con sistemas de refrigeración más modestos y menos voluminosos, lo que, sobre el papel, debería tener un impacto beneficioso tanto en el coste como en el peso de los vehículos que apostarán por ellos.
Como acabamos de ver, la teoría suena bien, pero lo más interesante es que la compañía alemana Bosch acaba de anunciar que durante este mes de diciembre iniciará la producción a gran escala de semiconductores de carburo de silicio en su planta de Reutlingen (Alemania). Según esta compañía buena parte de su producción irá a parar a los fabricantes de coches eléctricos, que podrán incrementar, siempre según Bosch, la autonomía de sus vehículos en un 6% de promedio reemplazando los semiconductores de silicio puro por los de carburo de silicio.
Imágenes | Bosch
Más información | Bosch
Ver 7 comentarios