Boletín Nº1. Cuarto Trimestre 2003 -1- Subdirección General

DIRECCIÓN GENERAL DEARMAMENTO Y MATERIAL

SUBDIRECCIÓN GENERAL DETECNOLOGÍA Y CENTROS

Nº 1. Cuarto Trimestre 2003

En este número• PRESENTACIÓN

• ACTUALIDAD DE LOS

OBSERVATORIOS

• ACTUALIDAD TECNOLOGICA

• TECNOLOGÍAS EMERGENTES

• ENLACES DE INTERES

• EN PROFUNDIDAD

• AGENDA

ContactarPara contactar con los ObservatoriosTecnológicos, puede dirigirse a lassiguientes direcciones.

Nodo GestorC.N. Ingº. Manuel Pereira RuedaSDGTECEN C/ Arturo Soria 289Madrid 28033mpereirar@oc.mde.es

Observatorio de ElectrónicaC.N. Ingº. Manuel Golmayo Fernándezmgolmayo@oc.mde.es

Observatorio de Óptica y OptrónicaC.N.Ingº Arturo Maira Rodríguezarturomaira@oc.mde.es

Observatorio de Armas, Municiones,Balistica y ProtecciónCol. CIP Carlos López Agudolqca@ext.mde.es

SISTEMA DE OBSERVPROSPECTIVA TECNO

Es para mi un orgprimer boletín dObservación y Prospque representa el baeste órgano de asesal planeamiento del previsto en el vigen

Investigación y Desarrollo (PDI

Desde aquí quiero desear los mdistintos Observatorios que compues sus resultados serviránfortalecer tanto las actividades gde nuestra nación, como su cora largo plazo, lo cual debe beneficios tanto a nuestra inuestros ejércitos.

Invito a toda la comunidad cacerque sin prejuicios a Tecnológicos, dado que cada velas fronteras entre I+D Civil y elObservatorios se pretende hablalenguaje de la tecnología (y sudebemos olvidar que nuestro investigación se debe, en parintercomunicación entre ambos s

Finalmente quiero hacer un llampersonal de las FAS a que busqcolaboración de los Observatocualquier duda o problema tecnidentificar.

FernandSecretario de

ACION YLOGICAPresentación

ullo el iniciar esteel Sistema deectiva Tecnológica,utismo de fuego deoramiento y apoyoI+D, conforme a lote Plan Director deD) de la Defensa.

ayores éxitos a losponen el Sistema, de ayuda paraenerales de I+D+irecto planeamientorepresentar clarosndustria, como a

ientífica a que selos Observatoriosz son mas difusas de Defensa. En losr exclusivamente el divulgación) y nosecular retraso ente, a la falta deectores.

amiento a todo eluen el apoyo y la

rios para resolverológico que puedan

o Díez Moreno Estado de Defensa

de Tecnología y Centros

ACTUALIDAD OBSERVATORIOS

Boletín Nº1. Cuarto Trimestre 2003 -2- Subdirección General de Tecnología y Centros

COLABORACIÓN EN I+T EN ELMARCO DE LA LOI

La LOI (Letter of Intentions) es una carta deintenciones de 6 países, Suecia, Francia, Reino Unido,Italia, Alemania y España, firmada por sus respectivosMinistros de Defensa en julio de 1998. En ella seestablece un Acuerdo Marco en el que se incluyenmedidas encaminadas a facilitar la reestructuración de laindustria europea de la defensa.

Dentro de la LOI, existe un subcomite especifico paratemas de I+T, denominado Investigación y Tecnologíasrelacionadas con la Defensa (SC 4). Entre sus objetivosse encuentra el establecer los mecanismos para facilitar

el intercambio de Información de I+T, tanto a nivelde planificación, estrategia y política como deprogramas y proyectos. El intercambio de información ha dado susprimeros resultados con la preparación de un CD,actualizado semestralmente, en el que se recogenlos proyectos de I+T en curso en cada uno de lospaíses participantes.

OBSERVATORIO AMBPEl observatorio de Armas, Municiones,

Balística y Protección ha iniciado su actividaddurante el mes de septiembre. El observatorio,ubicado en las instalaciones del LaboratorioQuímico Central de Armamento, centrará susactividades en las áreas de letalidad, proteccióny diseño del armamento.

Con éste son ya tres los observatorios enfuncionamiento, sumándose el observatorioAMBP a los ya existentes; el observatorio ELEC,centrado en las áreas de electrónica y guerraelectrónica y el observatorio OPT2, en óptica yóptronica.

EDITORIAL

El componente tecnológico tiene un peso cada vez más decisivo en los equipos y sistemas de defensa,y se ha convertido en un elemento clave en el escenario operativo. La planificación tecnológica debe darrespuesta a las capacidades tecnológicas requeridas a futuro, pero esta respuesta debe aprovechar al máximolos avances tecnológicos, avances que en determinados campos se producen de forma imparable y cada vez amayor velocidad.

Este difícil equilibrio entre capacidades operativas y tecnologías, se complica aun más cuando se tienen encuenta limitaciones presupuestarias. No puede olvidarse que la base tecnológica española y las capacidades deinversión del Ministerio de Defensa son limitadas y lo seguirán siendo en el futuro, lo que implica que lasinversiones en el campo de la tecnología deberán ser selectivas, utilizando no solamente criterios operativos,sino también criterios técnicos, económicos y de oportunidad.

En este contexto y durante la preparación del Plan Director de I+D, es donde nace la idea de los ObservatoriosTecnológicos. Los Observatorios deben proporcionar este apoyo específico a la planificación, e incorporar elcriterio de "idoneidad tecnológica" a la selección de las tecnologías en las que se focalizarán las inversiones deI+D de la Defensa. De la misma forma, el criterio técnico debe aplicarse no sólo a la planificación de I+D, sinotambién a las adquisiciones, de forma que las compras de sistemas y equipos mantengan ese nivel deidoneidad tecnológica, o utilizando una expresión al uso, se actúe como "cliente inteligente".

Con estas dos misiones fundamentales, asesoramiento en la selección y planificación de tecnologías y apoyo al"cliente inteligente", nace el Sistema de Observación y Prospectiva Tecnológica. El nombre completo, algo máspreciso, puede dar una idea de las funciones a desarrollar. La observación continua, traducida en la realizaciónde vigilancia tecnológica, aportará conocimiento sobre el estado del arte en el campo tecnológico. Esta vigilanciaunida a la opinión de expertos colaboradores, procedentes tanto de la propia comunidad de investigación dedefensa, como del mundo civil, permitirá valorar los avances del mundo tecnológico y preparará el camino a lasactividades de prospectiva, centradas en predecir la evolución a futuro de las tecnologías de la defensa y enidentificar las actividades necesarias para que esta evolución se produzca en la forma deseada.

ACTUALIDAD TECNOLOGICA

Boletín Nº1. Cuarto Trimestre 2003 -3- Subdirección General de Tecnología y Centros

Se han concluido con éxito el pasado mes dejunio las pruebas de mar del Receptor Digital Avanzado(RDA) utilizado en aplicaciones de guerra electrónicaRadar. Este Programa de I+D ha sido promovido ydirigido por el CIDA (Centro de Investigación y Desarrollode la Armada) y desarrollado por la empresa INDRA y laETSIT-UPM. La tecnología de receptores digitales incrementa deforma considerable la sensibilidad de los receptoresactuales.

Esta sensibilidad permite la detección de losnuevos radares de baja probabilidad deinterceptación. En las pruebas de mar del Receptor DigitalAvanzado, se demostró la capacidad del mismo enla detección de radares LPI, con un factor deventaja considerable. También quedó demostradasu capacidad para trabajar en ambientes litoralescaracterizados por una alta densidad de señalestanto pulsadas como de onda continua.

SENSORES DE INFRARROJOSBASADOS EN MATRICES DE

PbSe PARA GUIADO DEMUNICIÓN (GUIATER)

Este proyecto tiene como objetivo eldesarrollo de algoritmos específicos para el control yguiado de munición inteligente basado en una matrizde sensores de 16x16 de PbSe (Seleniuro de Plomo).La novedad e interés del citado proyecto es lautilización práctica mediante la implantación delsoftware de control de matrices de sensores IR norefrigerados en la banda II. Destacar, asimismo, que la tecnología de basepara la fabricación de tales matrices es nacional(desarrollada en el CIDA) y da prestaciones ensensores “single” que son referencia a nivel mundial.La no refrigeración hace que el sistema de guiado seacompacto y de bajo costo.

En el actual proyecto en curso, de dos años deduración (2003-2004), se pretende implantar talguiado en munición de pequeño calibre teniendocomo visión a medio-largo plazo no sólo munición demayor calibre, sino sistemas militares más complejos. Este Programa de I+D ha sido promovido y dirigidopor el CIDA (Centro de Investigación y Desarrollo dela Armada) , contando con la colaboración del Depar-tamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones dela Universidad Carlos III.

RECEPTOR MULTICANALCOHERENTE AVANZADO DEBANDA ANCHA

Dentro de la iniciativa del ProgramaCoincidente auspiciado por los Ministerios de Cienciay Tecnología y Defensa, para fomentar lainvestigación y desarrollo de tecnologías de doble usomilitar y civil, se ha aprobado el proyecto presentadopor la empresa INDRA para el desarrollo, fabricacióny pruebas de un prototipo de receptor para la bandade 20 a 3000 MHz, con banda de análisis instantáneomuy ancha. Introduce como novedad destacable, la integraciónde características hasta ahora dispersas en distintosreceptores: sintonía ultrarápida, pureza espectral,excelente margen dinámico, banda de entrada muyancha, banda de análisis instantáneo muy ancha,respuesta en fase entre canales, control simple,directo y síncrono, amplio margen de control de laganancia del receptor, y adecuación de la señal paraun óptimo procesado digital posterior. Las aplicaciones del receptor se enmarcan en ladetección, localización y medida (monitorización) deseñales de comunicaciones situadas en su banda decobertura. También encuentra aplicación en lasíntesis de haces de recepción asociados a arrays deantenas. Este proyecto podría repercutir directamente en lamejora de las características (multiplicando el anchode banda previsto) de los receptores de RF de variosprogramas de guerra electrónica.

RECEPTOR DIGITAL AVANZADO (RDA)

TECNOLOGÍAS EMERGENTES

Boletín Nº1. Cuarto Trimestre 2003 -4- Subdirección General de Tecnología y Centros

PRESTACIONES DECÁMARAS DE VISIÓN POR

ENCIMA DE 1100 NM

Este apartado lo dedicaremos a los recientesavances en cámaras de infrarrojo cercano basadasen matrices de detectores de InGaAs (Arseniuro deGalio e Indio), las cuales extienden el campo deaplicación de las actuales CCDs hacia el infrarrojocercano (NIR) abarcando la banda del espectro de900 a 1700 nm. Las actuales CCDs están basadas en detectoresde Si (Silicio), los cuales se vuelven transparentes alongitudes de onda por encima de 1100 nm, dejandolas cámaras inoperativas para imágenes obtenidas enel NIR. Es cierto que tratando el detector con unosrecubrimientos especiales podemos extender el rangode aplicaciones de las CCDs basadas en detectoresde Si hasta 1700 nm, con una eficiencia del detectoren torno al 1-2%, haciendo posible su utilización encaracterización espacial del perfil de haces deláseres, pero no en otras muchas aplicaciones dondelas densidades de potencia óptica sean menores. Esaquí donde las cámaras de InGaAs tienen su campo,pues ofrecen una alta eficiencia (~85%) en la gama900-1680 nm, sin necesidad de refrigerar el detector,lo que abarata el producto, haciendo esta tecnologíacompetitiva además con las cámaras basadas enInSb (Antimoniuro de Indio), las cuales operantambién en la banda NIR pero necesitando unsistema de refrigeración para el detector que puedellegar a costar en torno a 10,000 €.

Las matrices de detectores (FPAs) se obtienen apartir de obleas de InGaAs sobre InP (Fosfuro deIndio). Las dimensiones típicas de la matriz que semanejan actualmente son en torno a 30x30 µm2 enarrays de 320x256. Los fotodiodos se integranhíbridamente a una tarjeta de Si para el control ylectura electrónicas. Dichas matrices incorporadas alas cámaras ofrecen típicamente una operabilidad del99.5% con un proceso bien controlado, al ser unatecnología relativamente madura la de este tipo desemiconductores III-V. Además, existen algoritmosdesarrollados específicamente para esta aplicación, loque resulta en una calidad de imagen que compite deigual a igual al día de hoy con las mejores cámarasCCDs del mercado.

Son muchas las aplicaciones de este tipo decámaras operando en la banda NIR por encima de1100 nm, tanto civiles como militares. Entre lasprimeras, destacaremos la inspección de circuitosCMOS sobre obleas de Si para la detección dedefectos en volumen de la oblea. Otra aplicacióninteresante en el campo civil a destacar es en la ramamedioambiental para la detección de ambienteshúmedos. Efectivamente, el agua es muy absorbenteen la banda por encima de 1350 nm. Luego por estacaracterística, se es capaz con cámaras de este estilode caracterizar la presencia de agua sobre objetos osuperficies mediante contraste en la imagen. Enaplicaciones militares, este tipo de cámaras tiene ungran potencial. Efectivamente, los desarrollos enláseres militares tienden a sustituir los láseres a 1064nm (láseres de Yag) por otros cuyas longitudes deonda se desplazan hacia el rango de los 1500 nm.Por consiguiente, este tipo de cámaras basadas endetectores de InGaAs son útiles muy potentes comoherramientas de caracterización de tales futurosláseres, posiblemente utilizados como punteros orastreadores de blancos por citar algún ejemplo.

En conclusión, creemos que las cámaras deInGaAs están haciendo surgir muchas nuevasaplicaciones en imágenes basadas en la banda NIRcon una excelente calidad de imagen a un preciocompetitivo por dos razones: los detectores nonecesitan criorefrigeración y su desarrollo aprovechauna tecnología ya madura, lo que permite lafabricación en volumen.

ANTENAS DE PLASMASi el plasma, gas ionizado, es un elemento

conductor eficiente, ¿no se podría usar como sustitutode los elementos conductores metálicos que formanla parte radiante de una antena?. Quizás es ésta lapregunta que ha llevado a varios investigadores acontemplar la posibilidad de implementar antenas de

RF basadas en plasma en lugar de materialesmetálicos. La Australian National University en colaboracióncon el DSTO (Defence Science and TechnologyOrganisation) ha conseguido prototipos deantenas de plasma eficientes y de bajo ruido en lasbandas HF y VHF.

TECNOLOGÍAS EMERGENTES

Boletín Nº1. Cuarto Trimestre 2003 -5- Subdirección General de Tecnología y Centros

Cuando el gas (por ejemploneón, argón y helio) secarga eléctricamente, o esionizado al estado deplasma, éste se convierte enun elemento conductivopermitiendo entonces laradiación o recepción deseñales de RF. Actuando demanera inversa, desioni-zando el gas, éste deja de

ser un elemento conductivo y la antena deja deexistir a efectos electromagnéticos. No interactuar conla radiación RF, se traduce en que no se reflejan lasseñales radar y que no absorberá la radiaciónmicroondas de alta potencia, no siendo así detectadopor el radar y reduciendo el efecto de lascontramedidas electrónicas. Como complemento aesta propiedad, se añade la característica de que losplasmas (el gas ionizado) sólo se comportan comoconductores para frecuencias inferiores a unafrecuencia denominada frecuencia característica delplasma, típicamente 10 GHz para el plasma de lostubos fluorescentes de iluminación, por encima deesta frecuencia característica del plasma, éste estransparente a la energía electromagnética. Estopermite por ejemplo, usar estas antenas paracomunicaciones y radar en la banda HF y que las an-

tenas no sean detectadas por los radares basados enondas centimétricas.Otra característica destacable de estas antenas esque pueden ser activadas y desactivadas (ionizadas ydesionizadas) en nanosegundos, siendo posible porlo tanto, eliminar el acoplamiento o “ringing”típicamente asociado a los elementos metálicosradiantes de una antena después de transmitir unpulso. Estas características permiten diseñar antenas conbaja detectabilidad por radar, eliminar la necesidad decargar las antenas para evitar efectos de “ringing” ypor lo tanto evitar las pérdidas de potencia que estoacarrea, antenas de plasma con propósitos diferentespueden operar en proximidad a otras antenas deplasma que estén desactivadas eliminando laposibilidad de interferencias por acoplamiento mútuo. Frente a todas estas ventajas las antenas deplasma presentan varios inconvenientes y problemas,algunos inherentes al grado de inmadurez de latecnología de las antenas de plasma, y otrosinherentes a las propias antenas de plasma. Lasantenas de plasma presentan limitaciones en cuantoa la robustez y resistencia de la propia antena,cualidades que son necesarias en entornosoperativos de Defensa. Debido a sus característicassu rango de aplicabilidad se centra por el momento enlas bandas de HF, VHF y parcialmente UHF.

• NANOSPAINEspacio de la Red Española deNanotecnología, Nanospain, y unade las principales fuentes deinformación sobre el tema a nivelnacional.

Además de información sobre lared Nanospain y sus objetivos, laweb identifica los distintos grupos deinvestigación y las empresasnacionales con actividad en lamateria. Incluye también una completaagenda de conferencias y reunionesde grupos de trabajo, así como depublicaciones, colaboraciones, re-súmenes, referencias a grupos ymaterias, informes de proyectos enla UE, patentes, ...

http://www.nanospain.net

• Technology ReviewAsociado a la revista del mismonombre, es una de las publicacionesde divulgación del MassachusettsInstitute of Technology (MIT).

Especial interés merecen laspaginas asociadas a seguridad ydefensa donde es posible descargargratuitamente muchos de losartículos y contenidos incluidos.http://technologyreview.com

• IsdefeRecopilación diaria de noticias deinterés del sector de la defensa,tanto de industrias como delegislación y actividad parlamen-taria.http://www.isdefe.es

• DARPA MTO Program OfficeOficina de Programas de Tecnologíade Microsistemas. Es una de lasocho oficinas técnicas de la agenciaestadounidense DARPA (DefenseAdvanced Research Projects Agen-cy). El grupo MTO (MicrosystemsTechnology Office) nos presentauna introducción a cada uno de los56 programas (38 en curso y 18archivados) sobre Electrónica,Fotónica y MEMS.

La temática de los programaspresentados en el MTO esaltamente tecnológica, innovadoray en ocasiones emergente.http://www.darpa.mil/body/off_programs.htmlhttp://www.darpa.mil/mto/ctareas.html

ENLACES DE INTERES

TECNOLOGÍA EN PROFUNDIDAD

Boletín Nº1. Cuarto Trimestre 2003 -6- Subdirección General de Tecnología y Centros

TECNOLOGIAS GaN y SiC

Los semiconductores de banda prohibidaancha SiC (Carburo de Silicio) y GaN (Nitruro deGalio), han despertado un gran interés en la últimadécada. Las aplicaciones asociadas y posibilitadaspor estos semiconductores son ejemplo claro de losbeneficios y posibilidades que presentan lastecnologías duales. Estos semiconductores poseenun gran potencial para aplicaciones optoelectrónicascon un rango de longitudes de onda que abarcandesde el UV hasta el visible, y microelectrónicas dealta frecuencia, alta potencia y alta temperatura enambientes químicos extremos. Transistores basadosen GaN y SiC pueden amplificar señales defrecuencias y potencias muy superiores a las posiblescon Si, Si/Ge, GaAs InP, y todo ello a temperaturasinalcanzables para estos últimos semiconductoresmencionados. Desde que en 1998 Suji Nakamura consiguiera conGaN emitir luz verde, azul y violeta brillante, se inicióuna carrera tecnológica para obtener LEDs de luzblanca brillante para sustituir a la iluminaciónincandescente, así como realizar visualizadores RGB(Red-Green-Blue) brillantes basados en LEDs. Latecnología de LEDs de alta luminancia ha avanzadoya hasta la producción comercial para abastecer alcreciente mercado de la señalización vial. Se esperaque la demanda se dispare con la incorporacióndurante esta década de los LEDs blancos al mercadode la iluminación y de diodos láser azul-violeta almercado de los DVD de alta densidad (concapacidades entre 22 y 26 GB por disco).

Pero éstas no son únicas aplicaciones dentro delmundo civil, ya que áreas como la electrónica depotencia y el transporte de energía también se estánbeneficiando, en este caso, es el carburo de silicio elque más juego está ofreciendo permitiendo eldesarrollo de dispositivos microelectrónicos quesoportan tensiones de ruptura superiores a lossemiconductores existentes hasta ahora. Por si estono fuera suficiente, la magnífica conductividad térmicadel carburo de silicio permite trabajar a temperaturasvarias veces mayores que las que permite el silicio,esta ventaja se traduce en equipos más robustos ymenos voluminosos ya que se reduce la necesidad delas costosas unidades de refrigeración.

En los últimos años el mercado de lastelecomunicaciones, y en especial el de los móviles,ha sido un potente motor de la industria de lossemiconductores, y no es extraño, entonces, que laindustria de los semiconductores de banda anchahaya estudiado como transferir las ventajas del GaN ydel SiC a la industria de las comunicaciones.Transistores basados en SiC y, sobre todo, en GaN,se perfilan como los sustitutos perfectos para lostransistores de potencia de los subsistemasamplificadores de potencia de las estaciones basepara comunicaciones móviles y/o inalámbricas. Latecnología existente actualmente en las estacionesbase, LDMOS (silicon laterally diffused MOS), tienecomo límite superior de funcionamiento los 3 GHz ysufre de problemas de linealidad en frecuenciascercanas a esta frecuencia de corte. Esto ha forzadola incorporación a los subsistemas de amplificaciónde potencia, equipos de linealización de la señal y derefrigeración debido a las pobres características delsilicio para disipar energía térmica. El SiC y GaN altener un campo de ruptura mucho mayor, favorecenla construcción de dispositivos con mayoresimpedancias de entrada y salida.

Los amplificadores construidos con estosdispositivos poseen menos pérdidas. Lasprestaciones de potencia, alta frecuencia, yconductividad térmica de estos dispositivos permitemantener la linealidad de la señal amplificada enpotencias y temperaturas muy altas (la linealidad essensiblemente mejor en los dispositivos basados enGaN que los basados en SiC). Evitando de estemodo, la inclusión de los equipos dedicados a mejorarla linealidad, aligerando el conjunto en coste y peso.Y si tenemos en cuenta la mayor densidad depotencia de estos dispositivos y sus mayoresfacilidades para refrigeración, también se reduce elvolumen del conjunto. No sorprende que la industriade las telecomunicaciones haya mostrado su interéspor estos dos materiales semiconductores.

Láser Azul

TECNOLOGÍA EN PROFUNDIDAD

Boletín Nº1. Cuarto Trimestre 2003 -7- Subdirección General de Tecnología y Centros

Las posibilidades que ofrecen el GaN y elSiC en el ámbito de la Defensa, recordemosque se trata de tecnologías duales, no sonmenos sorprendentes que en las del mundocivil. El ministerio de defensa de los EEUUlos ha identificado como los materialessemiconductores cruciales para una nuevageneración de componentes electrónicospara las necesidades militares. Las ge-neraciones previas de semiconductorescomo silicio, arseniuros, fosfuros no seráncapaces de satisfacer los crecientes reque-rimientos en electrónica de alta potencia,alta frecuencia y alta temperatura de lasaplicaciones futuras de defensa. Las apli-caciones más importantes de GaN y SiCdentro de la defensa incluyen:

• Radares de alta frecuencia (>10 GHz) ysistemas de RF multifunción. Las pro-piedades eléctricas y térmicas de estosmateriales permiten obtener ampli-ficadores de alta potencia con unapotencia por cada circuito integrado diezveces mayor, mayores anchos debanda, mayor eficiencia, menor nece-sidad de refrigeración, menor peso yvolumen. Estas mejoras se traducen enradares “phased array” de alta potenciapara bandas L, S, C y X, amplificadoresde alta potencia robustos en esasmismas bandas, amplificadores paraguerra electrónica de gran ancho debanda.

• Sistemas de generación de alta po-tencia, sistemas de control y protección.

• Búsqueda y detección de misiles.

• Comunicaciones de alta velocidad.

• Fotodetectores de UV. Con GaN sepueden construir detectores de UVciegos a la radiación solar (Solar BlindUV Detectors), es decir, puedendetectar objetos que radian en ventanasescogidas mediante diseño adecuadodel espectro desde el UV hasta elvisible, sin perturbación por parte de laradiación solar ultravioleta en esaventana. Las aplicaciones másinteresantes de este tipo de detectoresserían de tipo medioambiental (comodetección de llamas o focos calientes,control del nivel de ozono mediantesistemas compactos, económicos y defácil manejo), control de procesos decombustión, así como caracterizaciónde contramedidas en la banda UV deradiación.

Todas las ventajas de las que hacen usoestas aplicaciones se derivan de lasespeciales propiedades físicas y químicasde estos semiconductores, de entre todas

estas propiedades destaca la de tener una banda prohibidavarias veces superior que los del Si y el AsGa; esto permite alos dispositivos basados en GaN y SiC soportar camposeléctricos internos hasta seis veces superiores que los delAsGa. La fortaleza frente a campos eléctricos internos altosderiva en voltajes de ruptura por avalancha mucho mayores,permitiendo que los dispositivos soporten mayores voltajessobre menores tamaños. Si a esta característica le añadimosla alta conductividad térmica del SiC, mucho mayor que la delSi y el AsGa, y en menor medida la del GaN, obtenemos queestos dos materiales presentan unas prestaciones muysuperiores para aplicaciones de alta potencia y altatemperatura. Mediante las figuras de mérito Johnson y Baliga se pretendeaunar las propiedades en dos valores cuantitativos. Así lafigura de mérito Johnson define una valoración cuantitativa delas prestaciones para manejar altas frecuencias, teniendo encuenta el voltaje de ruptura y la velocidad saturada de loselectrones. La figura de mérito Baliga define una valoracióncuantitativa de la capacidad para manejar alta potencia,teniendo en cuenta la constante dieléctrica, la movilidad de loselectrones (en campo eléctrico débil) y el campo eléctricocrítico. Estas figuras de mérito nos indican que el GaN ofrecemayores prestaciones potenciales que el SiC.

Figura de mérito JohnsonGaN 80 veces la del Si 22 veces la del AsGaSiC 60 veces la del Si 17 veces la de AsGa

Figura de mérito BaligaGaN 24.6 veces la del Si 2.56 veces la del AsGaSiC 3.1 veces la del Si 3 veces menor la de AsGa

No obstante, y a pesar de todas estas propiedades venta-josas, existen campos de aplicación, especialmente en óptica,donde el GaN nunca podrá sustituir al Si. Por ejemplo, todaslas tecnologías que incluyan detectores de Si en el espectrovisible o el infrarrojo cercano, ya que por razones físicaspropias del GaN estas bandas del espectro no son posibles.

Aunque la tecnología de semiconductores de banda ancha(WBG, Wide Band Gap) está progresando rápidamente enpaíses de nuestro entorno, dicho desarrollo está todavía unadécada por detrás con respecto a las otras tecnologías citadas(InP, GaAs, Si). La tecnología y los dispositivos asociados alSiC para aplicaciones microelectrónicas están más maduros

TECNOLOGÍA EN PROFUNDIDAD

Boletín Nº1. Cuarto Trimestre 2003 -8- Subdirección General de Tecnología y Centros

que los asociados al GaN. Además, el SiC comosubstrato para heteroestructuras de GaN ofrece unasbuenas cualidades. Sin embargo, los inconvenientesy razones por las que el mercado se abre al GaN, espor un lado, el coste elevado de la tecnologíaasociada a los dispositivos de SiC, y por otro el difícilcontrol de los defectos en los cristales, siendonecesaria la disminución de la densidad deimpurezas, para poder hacer obleas losuficientemente grandes y reproductibles paraabaratar los costes de producción. Por lo tanto, uno de los mayores retos es laobtención de substratos para realización de obleasque sean de una calidad adecuada que garantice una“materia prima” para la realización de dispositivos quepermitan producciones comerciales. En toda tecnología de semiconductores, laelección del tipo de substrato donde se crece la obleade base depende de la aplicación que se pretende.Para las aplicaciones de microelectrónica la tablasiguiente resume el análisis de los substratos másrelevantes frente a los parámetros técnicos másinfluyentes.

Zafiro Silicio SiCPrecio/calidad Correcto Ideal DeficienteConductividad

térmicaPobre Medio Excelente

Característicaspara RF

Media Pobre* (Bajaresistividad)

Excelente

* Aunque con un tratamiento adecuado de la oblea puede llevarse a lacategoría de “bueno” Dicho tratamiento está patentado por un consorciofrancés que se denomina SOITEC creado precisamente para mejorar lascaracterísticas eléctricas de substratos de Si.

Finalmente, es interesante resaltar la brechaexistente entre los EEUU y Europa en cuanto a laindustria asociada a estas tecnologías. En lo referentea los centros de investigación, si bien esta brechatambién existe, no es tan acusada. Con respecto aAsia, en especial Japón, la brecha es igualmenteacusada en la industria de dispositivos ópticos(Láseres, diodos de alta luminancia y fotodetectores).

Resumiendo, los WBG (WideBand Gap), y enparticular el GaN y el SiC, merecen un interésprimordial en los futuros desarrollos de aplicacionesRF de potencia y de aplicaciones optoelectrónicas.Para que esta afirmación fructifique se deben superarlos siguientes desafíos a corto y medio plazo:

• Existencia de substratos de calidad ytamaño que contribuyan a ladisminución de los costes de fabricación ydesarrollo.

• Adaptación de las etapas tecnológicas defabricación al desarrollo de este tipo deaplicaciones.

• Adaptación de los controles de calidad a losprocesos de fabricación de los WBG.

Este artículo está redactado a partir del estudio "Estado delarte de las tecnologías GaN y SiC" elaborado por losObservatorios de Electrónica y de Óptica y Optrónica. En elestudio se incluyen también las actividades nacionales eneste campo, entre las que destaca el programa coincidente"GaN", para el desarrollo de transistores HEMT en banda Xcon la participación del CIDA y el ISOM (ETSIT-UPM).

I Curso de Gestión deProgramasCurso oficial orientado apersonal con responsabilidad enla gestión de programas delMinisterio de Defensa.Cerrada primera convocatoria,previstas próximas ediciones.Madrid, oct. - dic. 2003BOD 122/2003

2003 IEEE International Sym-posium on Phased ArraySystems and TechnologyUltimos desarrollos en tecno-logías sistemas Phased Arrays.Colaboración, entre otros, deDARPA y AFOSR.Boston, 14-17 Octubre 2003http://www.ballos.com/pa_2003

MILCOM 2003Conferencia internacional sobrecomunicaciones militares, conparticipación de expertosoperativos. Temas de interés:JTRS, comunicaciones UWB,Net Centric Warfare, ...Boston , 13-16 octubre 2003http://www.milcom.org/2003

SPIE Defense and SecuritySymposium, formerlyAeroSenseCongreso de referencia enOptrónica aplicada a sistemasde Defensa.Orlando, 12-16 abril 2004http://www.spie.org

Second European Workshopon Optical Fibre SensorsCongreso europeo endispositivos y sistemas opto-electrónicos. Mesa redonda:“como fundar una compañíafotonica”.Santander, 9-11 junio 2004http://grupos.unican.es/GIF/EWOFS04

NATO-OTAN RTO (Researchand Technology Organisation)Lecture Series. Knowledge-Based Radar Signal&DataProcessing.Linköping 3-4, noviembreRoma 6-7 noviembreBudapest 10-11 noviembrehttp://www.rta.nato.int/Meetings.asp

AGENDA