En electrónica, un menor consumo de energía conduce a ahorros de costes de funcionamiento, ventajas medioambientales y ventajas de conveniencia de dispositivos de funcionamiento más largos.

Si bien se ha informado sobre el progreso en la eficiencia energética con materiales alternativos como el SiC y el GaN, se siguen buscando intensamente ahorros de energía en los dispositivos estándar de silicio de bajo coste y ampliamente utilizados. K Tsutsui en el Instituto Tecnológico de Tokio y compañeros en Japón, han demostrado ahora que al reducir los parámetros de tamaño en las tres dimensiones de su dispositivo, pueden lograr ahorros de energía significativos.
Tsutsui y sus compañeros estudiaron los IGBTs, un conmutador de funcionamiento rápido que se encuentra en los electrodomésticos. Si bien la eficiencia de los IGBTs es buena, la reducción de la resistencia ON, o la tensión del colector al emisor necesario para la saturación (Vce (sat)), podría ayudar a aumentar aún más la eficiencia energética de estos dispositivos.
Investigaciones anteriores han puesto de relieve que los aumentos en el "efecto de la inyección de mejora (IE)", que dan lugar a más portadores de carga, conduce a una reducción en Vce (sat). Aunque esto se ha logrado reduciendo la anchura mesa en la estructura del dispositivo, se incrementó asimismo la resistencia mesa. La reducción de la altura de mesa podría ayudar a contrarrestar el aumento de la resistencia, pero es propenso a impedir el efecto (IE). En cambio, los investigadores redujeron el ancho mesa, la longitud de la puerta y el grosor de óxido en el MOSFET para aumentar el efecto IE y así reducir el Vce (sat) de 1,70 a 1,26 V. Con estas alteraciones los investigadores también usaron una tensión reducida de puerta, que tiene ventajas para la integración de CMOS.
Concluyen que "se confirmó experimentalmente por primera vez que se puede lograr una reducción significativa de Vce (sat) escalando el IGBT tanto en las dimensiones laterales como verticales con una disminución en la tensión de puerta".

IGBTs
Son tres dispositivos terminales utilizados como interruptores o rectificadores. Con características sencillas de accionamiento por puerta y capacidades de alta y baja saturación de tensión, combinan los beneficios de otros dos tipos de transistores: MOSFETs y transistores bipolares.

Escalado 3D de IGBTs
Los investigadores redujeron el ancho mesa, la longitud de la puerta y el grosor de óxido en el MOSFET en un factor de 1 / k, y compararon dispositivos con valores de 1 y 3 para k. Debido a que la fabricación de mesas estrechas puede causar problemas también redujeron la profundidad de la zanja en 1 / k. Aunque esto tiene un efecto ligeramente negativo sobre el efecto IE, tiene considerables beneficios para la facilidad de fabricación, el coste y la dependencia de (Vce (sat)) en la profundidad de la zanja se consideró pequeña. La tensión de la puerta también se redujo en un factor de 1 / k, mientras que el paso de la célula se mantuvo a 16 μm.

Referencia
K. Kakushima¹, T. Hoshii¹, K. Tsutsui_¹, A. Nakajima², S. Nishizawa², H. Wakabayashi₁, I. Muneta¹, K. Sato³, T. Matsudai⁴, W. Saito⁴, T. Saraya⁵, K. Itou⁵, M. Fukui⁵, S. Suzuki⁵, M. Kobayashi⁵, T. Takakura⁵, T. Hiramoto⁵, A. Ogura⁶, Y. Numasawa⁶, I. Omura⁷, H. Ohashi¹ y H. Iwai¹, Experimental verification of a 3D scaling principle for low Vce(sat) IGBT,  Technical Digest of IEDM2016, Session 10.6, (2016),, http://ieee-iedm.org/
 
1.      Tokyo Inst. of Technology, Yokohama, Japan
2.      Nat. Inst. Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Japan
3.      Mitusbishi Electric, Fukuoka, Japan
4.      Toshiba Corp., Tokyo, Japan
5.      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
6.      Meiji University, Kawasaki, Japan
7.   Kyushu Inst. of Technology, Kitakyushu, Japan
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