El diamante es, teóricamente, el semiconductor ideal para la fabricación de semiconductores unipolares de potencia. Sin embargo, el material de partida es costoso y el tamaño de las obleas es realmente pequeño (2,25 cm² como máximo). Además, la densidad de defectos en los sustratos es aun elevada y muy variable de una muestra a otra.

El diamante intrínseco es un material aislante, que requiere ser dopado para adquirir comportamiento semiconductor. Los dos elementos principales para el dopado del diamante son el boro (dopado tipo p) y el fósforo (dopado tipo n). La incorporación de ambos dopantes no es sencilla y, son pocos los laboratorios que logran crecer con buena calidad cristalina diamante altamente dopado.

La principal necesidad de altas concentraciones dopantes es la alta energía de activación de ambos elementos (0,39 eV para el boro y 0,57 eV para el fósforo), lo cual provoca que a temperatura ambiente sean muy pocos los átomos ionizados (siendo necesarias temperaturas superiores a 200ºC) y, por lo tanto, la conductividad es muy baja.

Para el caso del diamante, y debido a la alta energía de ionización de dopantes tanto p (Boro) como n (Fósforo), muy pocos dopantes generan portadores de cargas (electrones o huecos según el dopado) Esto supone que, en la actualidad un dispositivo de diamante puede trabajar a altas tensiones, pero se ve limitado en corriente, que es indispensable para obtener una alta potencia. Además, este material es muy resistivo a temperatura ambiente y un dispositivo sólo podría trabajar correctamente si se alcanzara temperaturas superiores a 200ºC. Esto hace que el comportamiento del dispositivo sea muy dependiente de la temperatura mejorando con altas temperaturas .

Para permitir un funcionamiento “uniforme” con la temperatura y que el dispositivo funcione tanto a temperatura ambiente como a temperaturas de 250ºC-300ºC, se propone como invención una activación óptica de dopantes que permita conseguir así una densidad constante de portadores con la temperatura.

Frente a este pretexto, la presente invención comprende el diseño de la fabricación de un transistor metal-aislante-semiconductor de efecto campo (MISFET) de diamante, de activación completamente nueva,

basada en la combinación de procesado estándar con el recrecimiento selectivo de epicapas, e incluye la novedad de usar un canal de puerta activado ópticamente. El uso de un LEDs IR (diodo emisor de luz infrarroja) permite la misma activación (opto-activación) del dopante a cualquier temperatura y permite alcanzar corrientes muy elevadas.

USO Y APLICACIONES

Está enfocado al sector industrial de la Electrónica de potencia y Microelectrónica para el desarrollo de dispositivos.

VENTAJAS

• Asegura la activación de todos los dopantes mediante un emisor de IR (opto-activación), mejorando la conductividad del diamante y permitiendo altas corrientes.
• El crecimiento lateral/selectivo y, sobre todo, la ausencia regiones activas de alto dopado, disminuye la densidad de defectos cristalinos.
• Reducción de los tiempos y costes de fabricación. El crecimiento lateral y selectivo permite reducir las etapas de grabado y los costes en tiempo y económicos asociados a ellas.
• Reducción del tamaño del dispositivo: el diseño tridimensional permite una mayor miniaturización del sistema.
• Mayor versatilidad en el diseño: El uso de un crecimiento selectivo abre el diseño a su implementación sobre arquitecturas más complejas.

TÍTULOS DE PROPIEDAD

Patente de invención.

AUTORES

Fernando Lloret Vieira, Daniel Araujo Gay, Maria del Pilar Villar Castro.

PALABRAS CLAVE

Transistor, metal, aislante, semiconductor, efecto campo, diamante, opto-activación, alta corriente.