Pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, anunciaram o desenvolvimento de um novo transistor de nitreto de gálio (GaN) capaz de suportar tensões superiores a 4.000 volts. O avanço, liderado por Luca Mazzone e colegas, foi publicado na revista Nature Electronics em 21 de setembro de 2026. A tecnologia, batizada de superjunção de polarização intrínseca (iPSJ), representa um salto significativo para a eletrônica de potência, especialmente em aplicações de alta tensão e alta temperatura.
O trabalho surge em um contexto de demandas crescentes por carregadores mais rápidos para celulares e veículos elétricos, que exigem semicondutores capazes de lidar com campos elétricos intensos sem falhar. Enquanto o silício domina a indústria há décadas, o GaN emergiu como alternativa promissora, mas ainda enfrenta limitações em tensões muito altas. A nova abordagem da EPFL busca justamente superar essas barreiras, oferecendo uma solução robusta para sistemas de energia industrial e mobilidade elétrica.
Contexto: a busca por semicondutores além do silício
A miniaturização dos transistores tem sido uma força motriz na indústria eletrônica, reduzindo tamanho e consumo de energia. Contudo, os consumidores também pressionam por carregadores que entreguem o máximo de energia no menor tempo possível, tanto para dispositivos portáteis quanto para veículos elétricos. Essa necessidade tem impulsionado a exploração de materiais com capacidades superiores às do silício, e o nitreto de gálio se destacou como a estrela atual nessa busca.
O GaN oferece maior eficiência e capacidade de operar em frequências mais altas, o que o torna ideal para fontes de alimentação compactas e rápidas. No entanto, em tensões muito elevadas, os campos elétricos dentro dos transistores de GaN tendem a se concentrar em pontos específicos, causando falhas prematuras. Isso tem dificultado atingir níveis de tensão exigidos por aplicações como redes elétricas e carregadores ultrarrápidos de veículos.
Para ilustrar, dispositivos de potência GaN comerciais atualmente entram em colapso em torno de 600 a 650 volts, limitando seu uso em cenários de alta tensão. A nova pesquisa da EPFL visa contornar essa limitação, abrindo caminho para uma nova geração de componentes eletrônicos mais resilientes.
A inovação: superjunção de polarização intrínseca
Para superar a concentração de campos elétricos, Mazzone e sua equipe idealizaram uma nova classe de transistor de GaN, denominada superjunção de polarização intrínseca, ou iPSJ. O projeto balanceado inovador permite que o transistor suporte mais de cinco vezes a tensão dos dispositivos comerciais atuais, ultrapassando a marca dos 4.000 volts. Essa abordagem redistribui o campo elétrico de maneira uniforme, evitando pontos de falha prematura.
O design iPSJ explora propriedades intrínsecas de polarização do material, criando uma estrutura que mantém a estabilidade mesmo sob estresse elétrico intenso. Segundo os pesquisadores, o componente pode suportar alta tensão em uma ampla faixa de temperatura, tornando-o adequado para veículos elétricos ou sistemas de energia industrial, onde os componentes eletrônicos devem operar de forma confiável sob altas temperaturas e estresse elétrico.
A tecnologia já está em escala de chip, o que indica um avanço significativo rumo à aplicação prática. A imagem que acompanha o estudo, creditada a Alain Herzog/EPFL, mostra o dispositivo em nível de integração, sugerindo viabilidade para produção em massa futura.
Implicações para veículos elétricos e indústria
As aplicações potenciais do transistor iPSJ são vastas, especialmente em setores que demandam alta potência e confiabilidade. Em veículos elétricos, por exemplo, componentes capazes de operar em tensões acima de 4.000 volts podem melhorar a eficiência dos inversores e reduzir perdas energéticas, contribuindo para maior autonomia e carregamento mais rápido. Sistemas de energia industrial, como redes de distribuição e fontes renováveis, também podem se beneficiar da robustez térmica e elétrica do novo dispositivo.
Além disso, a capacidade de operar em altas temperaturas é crucial para ambientes adversos, como motores e equipamentos de mineração, onde o resfriamento é limitado. A citação de Mazzone reforça essa versatilidade: “Nosso componente pode suportar alta tensão em uma ampla faixa de temperatura, tornando-o adequado para veículos elétricos ou sistemas de energia industrial, onde os componentes eletrônicos devem operar de forma confiável sob altas temperaturas e estresse elétrico.”
Embora a fonte não tenha detalhado o cronograma de comercialização, o fato de a tecnologia estar em escala de chip sugere que os próximos passos envolvem testes de confiabilidade e integração em sistemas maiores. A comunidade científica e a indústria aguardam com expectativa os desdobramentos dessa pesquisa.
Detalhes técnicos e publicação
O estudo foi publicado na revista Nature Electronics, com o título “Intrinsic Polarization Superjunctions in III-Nitrides for efficient power electronics”. Os autores são Luca Mazzone, Yuan Zong, Hongkeng Zhu, Alessandro Mauro e Elison Matioli, todos afiliados à EPFL. O artigo está disponível sob o DOI 10.1038/s41928-026-01691-4, e a imagem esquemática da superjunção é creditada a Luca Mazzone et al.
O esquema da iPSJ revela uma arquitetura que aproveita a polarização espontânea e piezoelétrica dos nitretos do grupo III, criando uma superjunção sem a necessidade de dopagem complexa. Isso simplifica o processo de fabricação e pode reduzir custos, um fator importante para adoção em larga escala. A pesquisa destaca o potencial dos materiais III-N para eletrônica de potência eficiente, abrindo novas fronteiras para o design de dispositivos.
Com esse avanço, a EPFL consolida sua posição na vanguarda da eletrônica de potência, oferecendo uma solução que pode transformar a maneira como gerenciamos energia em um mundo cada vez mais eletrificado.
Fonte
- www.inovacaotecnologica.com.br
- Seguir no Google Notícias (news.google.com)