Más jugo, menos emisiones: hacia unos dispositivos de potencia más ecológicos
La electrónica de potencia sustenta muchas de las innovaciones que serán cruciales para la transición ecológica de Europa. Las aplicaciones «verdes» de los dispositivos electrónicos de potencia, utilizados para convertir la electricidad, abarcan desde coches eléctricos hasta sistemas de energía solar. El diseño de nuevos materiales desempeña un papel importante para que estos dispositivos sean más eficientes y sostenibles. El carburo de silicio cúbico (3C-SiC), un semiconductor, destaca como candidato de gran potencial para mejorar la eficiencia energética de los dispositivos que funcionan a tensiones de entre 100 y 1 200 V. En el proyecto CHALLENGE (3C-SiC Hetero-epitaxiALLy grown on silicon compliancE substrates and 3C-SiC substrates for sustaiNable wide-band-Gap powEr devices), financiado con fondos europeos, se han dado pasos decisivos para convertirlo en una tecnología comercializable. «Hemos desarrollado una nueva tecnología para crear grandes obleas de 3C-SiC que puedan seguir desarrollándose en el futuro a fin de disponer de un material comercial para los dispositivos de potencia», explica Francesco La Via, director de investigación del Instituto de Microelectrónica y Microsistemas del Consejo Nacional de Investigación italiano, anfitrión del proyecto.
Mejor rendimiento
Las obleas se fabrican por heteroepitaxia, proceso por el cual se cultiva un tipo de cristal sobre la superficie de otro tipo, en este caso, sustratos de silicio. El equipo del proyecto estudió técnicas para cultivar el material y logró determinar por qué se producen defectos en su estructura cristalina y cómo afectan al rendimiento. Además, se superaron una serie de barreras tecnológicas que antes impedían cultivar 3C-SiC a gran escala para reducir el número de defectos, con lo que se aumentaron considerablemente el rendimiento y la fiabilidad del material. Al desarrollar un proceso para reducir el estrés térmico, en CHALLENGE se consiguió cultivar capas gruesas de 3C-SiC de hasta trescientas micras. «Este material nunca se había cultivado con estos grosores, porque el elevado estrés térmico hacía que se rompieran», afirma La Via.
Aplicaciones ecológicas
Un valor añadido clave del nuevo proceso reside en combinar un bajo coste de producción con una alta eficiencia energética. Las principales aplicaciones de la tecnología desarrollada en el marco del proyecto CHALLENGE son los vehículos eléctricos y los inversores solares, que convierten la producción de los paneles solares en corriente suministrable a la red eléctrica. «En ambos campos de aplicación, adoptar la tecnología 3C-SiC supondrá una gran reducción de la disipación de energía, lo que conllevará unos beneficios ambientales considerables», señala La Via. Los coches eléctricos también verían mejorada su autonomía, ya que la tecnología podría aumentar la distancia recorrida con una misma carga. En el caso de utilizarse a gran escala, su repercusión en la lucha para mitigar el cambio climático podría ser enorme, afirma La Via: «Al introducir el 3C-SiC en el mercado de los dispositivos de potencia, podrían reducirse las emisiones de dióxido de carbono en hasta seis millones de toneladas al año». La comercialización efectiva de esta tecnología requerirá investigación adicional. Según La Via, debería intentarse seguir mejorando la calidad del material en varios niveles, como la densidad de defectos y el estrés, así como mejorar el conocimiento de los requisitos necesarios para construir dispositivos eficientes. El equipo que participa en el proyecto CHALLENGE trabaja actualmente en varias iniciativas de seguimiento para convertir los resultados del proyecto en avances tangibles.
Palabras clave
CHALLENGE, carburo de silicio cúbico, 3C-SiC, heteroepitaxia, coches eléctricos, inversores solares, dispositivos electrónicos de potencia, transición ecológica