Los dispositivos de potencia de silicio semiconductor han guiado el desarrollo de la electrónica de potencia permitiendo su continua mejora con un gran número de implicaciones en la industria, especialmente en la transmisión y distribución de energía eléctrica a gran escala (T&D). Recientemente se han realizado grandes esfuerzos en el desarrollo de dispositivos de SiC dotando a este de su nicho de aplicación. Sin embargo, los requerimientos de la nueva electrónica de potencia superan los límites físicos de ambos, SiC y silicio. Por tanto, la nueva generación de dispositivos de potencia debe estar desarrollada en un nuevo material semiconductor. En este sentido, el diamante sintético expande claramente los límites de la tecnología en Silicio y SiC gracias a sus espectaculares propiedades eléctricas y térmicas.

El diamante es costoso y el tamaño de las obleas (formato del material) es realmente pequeño (2,25 cm² como máximo). Además, la densidad de defectos en las obleas es aún elevada y muy variable. La disponibilidad comercial de diamante monocristalino con calidad electrónica se hizo realidad con el desarrollo del crecimiento lateral de diamante por deposición química de vapor (CVD). Así, hoy día existen sustratos de diamante de hasta una pulgada disponibles. Dicho crecimiento lateral consiste en un crecimiento selectivo llevado a cabo en direcciones diferentes a la de orientación del sustrato.

Con este pretexto, la presente invención propone una estructura MOSFET (transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor o en inglés Metal-oxide-semiconductor Field-effect transistor), que es un transistor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas (es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica, ya sea en circuitos analógicos o digitales). Su diseño está realizado enteramente en diamante monocristalino, y su estructura en combinación con el crecimiento sobre el sustrato de las primeras capas de forma vertical estándar con el uso de un crecimiento lateral selectivo sobre la estructura, confiere al dispositivo MOSFET de una estructura tridimensional novedosa, que resuelve los diferentes problemas tecnológicos existentes hasta ahora en la fabricación de dispositivos comerciales mejorando el procesado y la fabricación tecnológica.

La invención se encuadra dentro del sector industrial de electrónica de potencia y microelectrónica. Las posibilidades que ofrece la nueva geometría de diseño presentada en esta invención hace que este diseño y método de fabricación sea de un elevado interés en todo sector industrial que haga uso de la electrónica de potencia, muy especialmente en el sector energético por el interés que el diamante despierta para los conversores de corriente y otros dispositivos que requieren trabajar a altos voltajes.

VENTAJAS

• La arquitectura del transistor se ha diseñado de forma que las etapas de procesado se minimicen, reduciendo sustancialmente el número de procesos de fotolitografía. Además mejora la eficiencia del dispositivo y reduciendo los tiempos de fabricación, costes y tamaño del dispositivo dotándole a su vez de una mayor versatilidad para su implementación sobre arquitecturas más complejas.
• Su estructura comprende una serie de capas que no contienen ángulos evitando así los efectos de borde de los contactos metálicos y los altos campos eléctricos generados internamente.
• El uso del CVD evita la generación de nuevos defectos sobre las obleas y desvía los que pudieran haberse provocado, mejorando la calidad cristalina del diamante y evitando así la posible generación de un cortocircuito.

AUTORES

JULIEN PERNOT, FERNANDO MANUEL LLORET VIEIRA, PHILIPPE GODIGNON, DAVID EON, ETIENNE BUSTARRET, DANIEL ARAUJO GAY. 

PALABRAS CLAVE

Transistor, mosfet, señal, electrónica, semiconductor, diamante, monocristalino, crecimiento, lateral, selectivo, CVD, microelectrónica.