Transistor resistió 600 °C: la electrónica podrá funcionar directamente en la superficie de Venus

Ingenieros japoneses han creado un transistor de carburo de silicio que mantuvo su funcionamiento normal a temperaturas superiores a 600 °C. El desarrollo fue presentado por el equipo de la Universidad de Kioto. El nuevo transistor de efecto de campo con control por unión p-n, o JFET, está diseñado para entornos donde la electrónica de silicio convencional falla rápidamente.

Uno de los objetivos del desarrollo fueron las sondas para Venus. La temperatura en la superficie del planeta alcanza aproximadamente 460 °C, y la presión supera la terrestre en cerca de 90 veces. Debido a esas condiciones, los módulos de aterrizaje necesitan un aislamiento térmico masivo y sistemas de refrigeración; sin embargo, incluso así la electrónica dispone solo de un tiempo limitado.

La sonda soviética 'Venera-13', que estableció el récord de operación sobre la superficie del planeta, transmitió datos durante 127 minutos. La electrónica basada en carburo de silicio potencialmente permitiría que las sondas funcionaran más tiempo y reduciría la dependencia de una protección térmica compleja. El propio transistor solo se ha probado a alta temperatura, por lo que aún no se ha convertido en un componente listo para una sonda venusiana.

El carburo de silicio tolera mejor el calor que el silicio convencional, pero los anteriores SiC-JFET enfrentaban dos problemas. Al aumentar la temperatura cambiaba la tensión umbral, lo que hacía más difícil controlar el transistor. Después de 350 °C también aumentaban las corrientes de fuga, y la electricidad continuaba pasando incluso a través del dispositivo apagado.

El equipo colocó la compuerta debajo del canal conductor y creó alrededor del transistor dos regiones semiconductoras dopadas. La compuerta inferior redujo la influencia de la penetración desigual de impurezas, y los límites de las regiones adicionales bloquearon la ruta parasitaria de corriente. A 400 °C la discrepancia entre la tensión umbral calculada y la real no superó los 0,1 V.

Durante las pruebas, el transistor se encendió y apagó de forma estable en un rango desde la temperatura ambiente hasta más de 600 °C. Los JFET de alta temperatura anteriores normalmente estaban diseñados para un funcionamiento prolongado como máximo a 500 °C.

El desarrollo puede ser útil no solo en Venus. Los autores consideran la perforación geotérmica, sistemas de control de motores aeronáuticos y otra maquinaria que debe operar cerca de fuentes de calor intenso. Actualmente ese tipo de electrónica se protege con aislamiento térmico, cables largos y refrigeración de alto consumo energético.

Antes de la aplicación práctica, los ingenieros deberán ensamblar circuitos integrados completos a partir de los nuevos transistores, transferir la tecnología a obleas semiconductoras y desarrollar un encapsulado resistente simultáneamente al calor y a la alta presión. Solo después de esas pruebas se podrán preparar los componentes para vuelos y explotación industrial.