El mercado de nitruro de galio (GaN) de potencia está creciendo a gran velocidad. Es difícil prever con exactitud el grado de rapidez porque la situación está cambiando de manera continua. Por eso, cuando un analista tan reconocido como Transparency Market Research prevé que las ventas de dispositivos GaN de potencia superarán probablemente los 2.500 millones de dólares en 2031 en un mercado que experimentará un crecimiento medio interanual del 40,3% pero no cita a dos protagonistas fundamentales en este sector, es preciso manejar estas cifras absolutas con un cierta precaución.

Nosotros creemos que el mercado de GaN superará de largo esa cifra ya en 2025.

Si bien puede ser complicado concretar los números, el crecimiento es innegable. Durante los últimos 18 meses hemos sido testigos del auge del GaN como la tecnología preferida para adaptadores y cargadores de dispositivos inteligentes. Marcas líderes como Apple, Anker, OPPO y Xiaomi basan sus nuevos y estilizados cargadores en GaN gracias a la eficiencia y la alimentación de alto rendimiento que ofrecen los interruptores de GaN.

Estas mismas ventajas (mayor potencia, eficiencia muy superior, tamaño más reducido) también resultan muy útiles en otros muchos mercados. Sectores como automoción, centros de datos, drivers de LED, energías renovables, audio de consumo y teléfonos móviles están empezando a aceptar que las superiores prestaciones de conmutación del GaN también son adecuadas para sus aplicaciones.

¿Qué sostiene este tsunami de aplicaciones del GaN? En primer lugar, los dispositivos deben ser robustos y fiables. En segundo lugar, han de ser fáciles de usar. En tercer lugar, los dispositivos deben estar disponibles en grandes cantidades con el fin de garantizar la seguridad de su suministro, algo especialmente relevante ante la muy publicitada crisis por la escasez de semiconductores. Por último, desde luego (y probablemente, la verdad sea dicha, la principal razón por la que los clientes rechazan la adopción de nuevas tecnologías) está el precio: la industria no está dispuesta a pagar mucho más por el GaN.

Innoscience fue fundada en diciembre de 2015 para abordar todos estos aspectos. Empecemos con una declaración inequívoca: Innoscience cuenta con las mayores instalaciones del mundo para la fabricación de obleas de GaN-on-Si (nitruro de galio sobre silicio) de 8 pulgadas. Más tarde volveremos hablar de ello.

Innoscience ha desarrollado su tecnología propia InnoGaN™. El GaN es de manera inherente un proceso normalmente activo, pero los ingenieros de sistemas y aplicaciones exigían que fuera normalmente inactivo. Esto provocó algunos problemas en los primeros usuarios ya que el control de GaN se hizo más complejo. Las empresas han resuelto este problema de varias maneras, principalmente recurriendo a una técnica apilada de tipo cascode con un driver discreto o integrado en el mismo encapsulado. Si bien estas técnicas ofrecen una solución interesante al problema, sufren alguna limitación de coste y tamaño del encapsulado. Innoscience provoca el crecimiento de una capa positiva de GaN encima de la barrera de AlGaN, formando así un contacto Schottky con la capa positiva de GaN que da como resultado un funcionamiento normalmente inactivo en modo de enriquecimiento.

La tecnología InnoGaN de Innoscience ofrece otra ventaja significativa: una RDS(on) muy baja. La empresa ha desarrollado una tecnología de capa de enriquecimiento de tensión que consiste en depositar una capa específica tras definir la pila de la puerta. La modulación del estrés provocado por la capa de enriquecimiento de tensión genera una mayor polarización piezoeléctrica que, a su vez, incrementa la densidad de 2DEG y por tanto la disminución de la resistencia laminar en un 66% si se compara con un dispositivo sin capa de tensión. Gracias a esta innovación, los HEMT en modo de enriquecimiento GaN-on-Si de Innoscience se caracterizan por una resistencia específica en conducción muy reducida.

Al abordar el rendimiento y la facilidad de uso, Innoscience observó que el factor que impedía al GaN convertirse en la tecnología dominante para la conmutación de potencia era el volumen. La disponibilidad de dispositivos (o la falta de ellos) genera preocupación sobre la seguridad de suministro; en cambio, la disponibilidad de grandes cantidades permite aplicar economías de escala y disminuir los precios. Por esta razón, Innoscience decidió centrarse únicamente en la producción de obleas de 8 pulgadas desde los inicios de la empresa, mientras que otros fabricantes ofrecen procesos de 6 pulgadas e incluso de 4 pulgadas.

Innoscience cuenta en la actualidad con una capacidad de 10.000 obleas de 8 pulgadas al mes que aumentará hasta 14.000 obleas de 8 pulgadas al mes a finales de este año y hasta 70.000 obleas de 8 pulgadas al mes en 2025. Además el rendimiento de la producción es muy elevado ya que Innoscience utiliza la tecnología de fabricación más avanzada (probada en dispositivos de silicio) y la optimizado el procesamiento epitaxial y de obleas. Dado que Innoscience es una empresa totalmente integrada que controla todas las fases de fabricación, desde el diseño del dispositivo, el procesamiento epitaxial y de obleas, hasta el análisis de fallos y fiabilidad (es decir, toda la producción de GaN-on-Si), está en condiciones de garantizar su alta calidad. La primera fábrica de Innoscience (hay otra operativa) ya ha obtenido la homologación ISO9001 y la certificación IATF 16949:2016 para su uso en automoción, y los HEMT de GaN de Innoscience cumplen el estándar JEDEC. Innoscience también lleva a cabo pruebas más avanzadas de fiabilidad.

Por tanto, para resumir, Innoscience ha comercializado dispositivos de GaN fiables y de alto rendimiento destinados tanto a aplicaciones de baja tensión (30-150V) como de alta tensión (650V). La empresa, a diferencia del resto del mercado de semiconductores y del electrónico en general, no sufre escasez de suministro. Sus productos se encuentran disponibles en grandes cantidades y sus precios están en línea con la demanda del mercado. Permanezcan atentos ante la avalancha de aplicaciones que van a surgir.

AUTOR: Denis Marcon, Director General de Ventas y Marketing en Europa y EE.UU., Innoscience