10 COMPONENTES nuir su rendimiento. Entre los factores que pueden limitar la SOA se encuentran la resistencia en conducción, el encapsulado y aspectos de tipo térmico. Mejorar la SOA de un MOFET de silicio resulta complicado debido al coeficiente de temperatura negativo de la tensión de umbral (Vth). La menor dependencia de la temperatura respecto a VTH en los dispositivos de GaN puede hacer que BiGaN conserve sus mejores prestaciones en cuanto a la SOA con una alta temperatura. La fuga en la puerta es otra especificación importante en las aplicaciones de bloqueo de bidireccional de tensión. Los MOSFET de silicio presentan un nivel muy bueno de fugas en la puerta. Estos dispositivos tienen la puerta aislada del canal mediante la oxidación de la puerta, obteniendo así un nivel de fuga por debajo de 1 μA a 25 °C. Dado que la Vth de un MOSFET de silicio disminuye a temperaturas más altas, la corriente de fuga aumenta cuando las temperaturas son elevadas. Los dispositivos BiGaN tienen una estructura de puerta inherentemente distinta que se puede visualizar como dos diodos en oposición (Figura 4). El diodo superior es una estructura Schottky con metal de puerta como cátodo y el pGaN como ánodo. El diodo inferior es una estructura de unión con un ánodo de pGaN y un cátodo de AlGaN. Sin un control adecuado, la fuga en la puerta de un dispositivo BiGaN sería mayor que en un MOSFET de silicio. El equipo de I+D de Innoscience ha desarrollado los pasos y los controles de un nuevo proceso para que la fuga en la puerta esté por debajo de 3 μA a 85 °C durante toda la vida útil del dispositivo. Este requisito era primordial para su uso en smartphones. Se espera que todos los interruptores de potencia ofrezcan un funcionamiento robusto de la puerta y el drenador. A 5,0 V (VGD) y 125 °C, la vida útil de los dispositivos BiGaN bajo un esfuerzo continuo para una tasa de fallos del 0,001% (10 ppm) supera los 23 años. En las aplicaciones reales se pueden generar picos de tensión en la puerta a causa, por ejemplo a causa de cortocircuitos. Los dispositivos BiGaN son capaces de resistir pulsos en la puerta hasta 10 millones de ciclos a ≤8,5 V con una anchura de pulso de 1 µs a 25 °C y 85 °C, y de 100.000 ciclos a 9,5 V y 85 °C. Para medir la robustez del drenador, los dispositivos INN040W048A se expusieron a un esfuerzo continuo de 68 V, 69 V y 70 V a 125 °C. La ruptura del dieléctrico dependiente del tiempo (time dependent dielectric breakdown, TDDB) del drenador cumple la distribución de Weibull y aplicando la técnica más conservadora al modelado de TDDB se obtiene que, a 32 V (VDD) y 125 °C, la vida útil para una tasa de fallos del 0,001% (10 ppm) supera los 10.000 años para BiGaN. CONTROL DE BIGAN Si la tensión de control es de 5 V, los drivers existentes utilizados con MOSFET de silicio conectados en oposición se pueden usar con BiGaN. En el caso de los smartphones, la mayoría de los circuitos integrados de carga son compatibles con los HEMT de GaN con una tensión de control de la puerta de 5 V. Los drivers como el SC8571 de Southchip, el NU2205 de NuVolta Tech, los drivers de condensadores de Figura 6: Robustez del drenador de BiGaNTM. a) Distribución de Weibull de TDDB; b) Modo de aceleración del drenador. Figura 4: Los diodos inherentes en oposición de la estructura de la puerta exigen implementar un estricto control del proceso con el fin de reducir la fuga por debajo de 3 μA a 85°C para BiGaN. Figura 5: Robustez de la puerta de BiGaNTM. a) Distribución de Weibull de TGDB. b) Modo de aceleración de la puerta.
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