Coherent cierra una inversión de $1.000 millones en sustratos de carburo de silicio

Coherent ha anunciado que DENSO, con sede en Japón, y Mitsubishi Electric invertirán conjuntamente $1.000 millones en su negocio de sustratos de SiC, creando una filial que ofrecerá sustratos de SiC de 150 mm y 200 mm, así como obleas epitaxiales.

El SiC es un material atractivo para los semiconductores de potencia, ya que puede reducir la pérdida de potencia funcionando a temperaturas más altas que el silicio. Además, el pequeño factor de forma y el menor peso del SiC reducen considerablemente el tamaño y el peso de los dispositivos.

Alta temperatura

El carburo de silicio (SiC) es un material muy valioso para la electrónica que funciona a altas temperaturas o tensiones, ya que su elevada conductividad térmica y resistencia a la conducción eléctrica permiten que los dispositivos semiconductores de potencia con componentes de SiC reduzcan significativamente la pérdida de energía y el tiempo de conexión en comparación con la tecnología basada en el silicio. Además, puede funcionar a frecuencias de conmutación más altas que el silicio debido a su menor resistencia a la conducción eléctrica; por otra parte, su construcción muy robusta permite alcanzar frecuencias de conmutación más altas que con la tecnología de silicio sola. Desgraciadamente, su baja densidad y su coste han impedido una comercialización generalizada; aunque algunos pequeños extraen el carburo de silicio de fuentes naturales, como las joyas de moissanita, la mayor parte del carburo de silicio utilizado en los dispositivos electrónicos se produce sintéticamente en las instalaciones de fabricación de productos electrónicos, en lugar de a partir de fuentes naturales, como las joyas de moissanita extraen el carburo de silicio de fuentes naturales; la mayor parte de los fabricantes de dispositivos electrónicos producen carburo de silicio utilizando precursores sintéticos.

Los investigadores han estudiado las propiedades ópticas y magnéticas de los defectos de espín relacionados con vacantes en SiC para abordar estos retos, descubriendo que ciertos pueden controlarse coherentemente incluso a temperatura ambiente; esto representa un hito importante, ya que otros sistemas de defectos conocidos en SiC tienen tiempos de coherencia extremadamente cortos; este trabajo abre toda una serie de aplicaciones para los defectos de espín en SiC, como las tareas de información cuántica.

Los investigadores estudiaron las propiedades ópticas y magneto-ópticas de los defectos PL8 generados mediante implantación de iones de hidrógeno con posterior recocido a altas temperaturas. Se observaron señales de fluorescencia y resonancia magnética detectada ópticamente (ODMR) tanto a bajas como a altas temperaturas; a temperaturas más bajas, las señales ODMR de estos defectos mostraban un ajuste de Lorentz con dependencia de la temperatura polinómica de quinto orden, mientras que las señales a temperaturas más altas mostraban un claro corte con intensidad de dispersión de campo cero.

A continuación, los investigadores emplearon secuencias de pulsos Ramsey para medir con precisión el tiempo de decaimiento por inducción libre (T2ast) de estos espines defectuosos PL8, demostrando que su decaimiento por inducción libre depende de la potencia, una característica esencial para los sistemas de espín coherentes.

Esta investigación se publica en Nature Nanotechnology y ha sido posible gracias a una inversión de $1.000 millones de las empresas japonesas DENSO y Mitsubishi Electric en el negocio de SiC de Coherent, por la que recibirán una participación no mayoritaria del 12,5%, así como acuerdos de suministro a largo plazo para satisfacer la demanda de sustratos y obleas epitaxiales de 150 mm y 200 mm; la fecha de cierre está prevista para principios de 2024.

Alta frecuencia

El carburo de silicio (SiC) es un extraordinario material semiconductor con notables propiedades térmicas, ópticas y mecánicas que lo hacen adecuado para su uso en electrónica de alta potencia, sensores micromecánicos, telescopios astronómicos y muchas otras aplicaciones. Los dispositivos de SiC suelen ofrecer menores pérdidas de conmutación que los chips de silicio (SI), al tiempo que funcionan a temperaturas más elevadas para reducir la pérdida de potencia y aumentar la eficiencia.

El carburo de silicio no sólo presenta una excepcional resistencia a la temperatura, sino que también es altamente conductor; más de 10 veces más conductor que el silicio puro. Gracias a esta propiedad, el carburo de silicio es capaz de conducir la corriente a altas velocidades, lo que le permite obtener bajas pérdidas por conmutación y un funcionamiento rápido para mejorar la eficiencia y reducir los costes energéticos. Además, la capacidad del carburo de silicio para tolerar altas tensiones sin dañar los dispositivos lo hace idóneo para aplicaciones de alta velocidad como motores y accionamientos.

Anteriormente, el SiC estaba limitado en las aplicaciones de alta frecuencia debido a sus elevadas pérdidas de conmutación y a la generación de calor. Sin embargo, este problema se resolvió recientemente mediante una técnica de dopaje con dopantes basados en nitruros que redujo estas pérdidas de conmutación y mejoró su rendimiento a altas frecuencias. Gracias a este método, ha sido posible fabricar transistores de alta velocidad y diodos de alto voltaje con mayores tensiones de ruptura y operaciones más rápidas que las tecnologías existentes.

El dopaje basado en nitruros consiste en mezclar silicio con nitrógeno en la fabricación para formar vacantes de carbono que confieren al carburo de silicio sus excepcionales características de calidad de frecuencia, lo que le permite manejar grandes corrientes eléctricas a altas frecuencias, ideales para motores y accionamientos, así como para sistemas de telecomunicaciones y radares.

Los investigadores han estudiado las propiedades y estructuras de los defectos del carburo de silicio, pero se sabe poco sobre su comportamiento de espín a alta temperatura. Tras estudiar su comportamiento de espín a este nivel de temperatura, los investigadores han descubierto que la división en campo cero de los espines de los defectos del SiC depende de la temperatura; su coherencia de espín disminuye al aumentar la temperatura, una observación que podría allanar el camino para nuevas aplicaciones electrónicas de espín a alta temperatura.

Coherent Corp, de Saxonburg, Pensilvania, acaba de conseguir una inversión de $1.000 millones de dos proveedores japoneses del mercado de vehículos eléctricos, DENSO Corp y Mitsubishi Electric Corporation, de Kariya, en la prefectura de Aichi. Ambos inversores poseen participaciones del 12,5% en la recién creada filial de Coherent y acuerdos de suministro a largo plazo que contribuirán a su crecimiento.

Alta tensión

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto químico extremadamente robusto formado por átomos de silicio y carbono unidos mediante enlaces covalentes, similares a los que se observan en los diamantes, con fuertes interacciones covalentes similares a las de los diamantes. El SiC presenta una estructura cristalina hexagonal y propiedades semiconductoras de banda ancha. Además, la energía de la banda prohibida del SiC es casi tres veces mayor que la del silicio, lo que significa que la electricidad puede fluir sin sufrir grandes pérdidas durante la transmisión, lo que hace que el SiC sea ideal para aplicaciones de alto voltaje, como las fuentes de energía de los vehículos eléctricos.

El SiC también es mucho más duradero que otros semiconductores, lo que permite a los componentes soportar temperaturas más elevadas sin necesidad de sistemas de refrigeración para seguir funcionando con eficacia. Esto permite a los vehículos eléctricos lograr una mayor eficiencia de combustible y autonomía de conducción. Además, el uso de chips semiconductores fabricados con SiC significa que la electrónica de potencia de estos vehículos está equipada con componentes electrónicos capaces de soportar frecuencias de conmutación y temperaturas más elevadas que los fabricados íntegramente con silicio (Si).

Coherent, que ofrece equipos láser y obleas semiconductoras, ya ha sido testigo de un repunte de la demanda de sus productos de SiC. Sus ventas aumentaron un 50% en el primer trimestre de 2024 gracias a nuevos pedidos de empresas que planifican vehículos eléctricos (VE) de alto rendimiento.

Esta inversión permitirá a la empresa ampliar su capacidad de producción al tiempo que mejora los procesos de fabricación y desarrolla nuevas tecnologías. Además de producir obleas de SiC, la empresa tiene previsto fabricar amplificadores de potencia de RF de GaN sobre SiC, así como otros dispositivos de RF y microondas, sin olvidar las cavidades resonadoras que amplificarán la potencia de salida de estos dispositivos.

Se espera que la inversión de Denso y Mitsubishi Electric eleve el valor del negocio de SiC de Coherent por encima de los 1.400 millones de euros. Ambas empresas japonesas adquirirán participaciones no mayoritarias del 12,5% en la nueva filial de Coherent, dirigida por Sohail Khan, vicepresidente ejecutivo de tecnología electrónica de banda ancha de Coherent. Además, estas partes firmarán acuerdos de suministro a largo plazo con esta filial antes de su cierre en el primer trimestre de 2024.

Ligero

Coherent, fabricante estadounidense de equipos de alta tecnología, ha anunciado hoy que ha recibido una inversión de $1.000 millones de dos proveedores japoneses de automóviles eléctricos para establecer su negocio de semiconductores de carburo de silicio (SiC). Tanto Denso Corp como Mitsubishi Electric invirtieron $500 millones cada uno, según anunció Coherent el 10 de octubre; a cambio de sus participaciones han suscrito acuerdos de suministro a largo plazo con Coherent.

El SiC, abreviatura de carbono de silicio, es un compuesto químico duro con una estructura cristalina parecida a la del diamante. Aunque se encuentra de forma natural como mineral de moissanita, desde 1893 se produce en masa en forma de polvo o cristal y se utiliza en aplicaciones de cerámica dura como frenos de automóviles, embragues y placas de chalecos antibalas. También pueden cultivarse grandes cristales individuales y tallarse en gemas conocidas como gemas de moissanita sintética o molerse en materiales industriales como alúmina y carburo de tungsteno para usos de fabricación.

El negocio de SiC de Coherent cuenta con una sólida trayectoria en el suministro de obleas para dispositivos de electrónica de potencia. La conductividad térmica del SiC, líder en el mercado, permite a los módulos de potencia disipar el calor con mayor eficacia, lo que ayuda a reducir la pérdida de potencia y aumentar el rendimiento, mientras que sus propiedades eléctricas superiores suponen una ventaja sobre el silicio.

El carburo de silicio destaca por sus propiedades térmicas, así como por su bajo coeficiente de dilatación, lo que lo hace adecuado para su uso en aplicaciones de alta tensión. Además, su durabilidad es impresionante, con una relación resistencia-peso excepcional y unas características de fácil mecanizado que lo hacen atractivo para su uso en herramientas de precisión.

La nueva filial involucrará a los clientes en cada paso de la creación de sus dispositivos, desde la fabricación de sustratos de SiC y obleas epitaxiales hasta el diseño de los componentes que conforman los dispositivos y módulos acabados. Khan afirma que el objetivo de su empresa es entender a sus clientes y crear soluciones adaptadas específicamente a sus necesidades, y cree que la nueva filial puede captar una parte sustancial de este mercado en crecimiento.