Investigadores de la Universidad de Bristol han descubierto un método que permitirá sistemas de comunicación más rápidos y mejores dispositivos electrónicos que ahorran energía.
El gran avance se logró al establecer cómo medir de forma remota el campo eléctrico dentro de un Semiconductores dispositivo por primera vez. A semiconductor Es un material, como el silicio, que se puede utilizar en dispositivos electrónicos para controlar la corriente eléctrica.
Ahora, en este nuevo estudio, publicado hoy en Electrónica de la naturaleza, los científicos describen cómo cuantificar con precisión este campo eléctrico, lo que significa que se pueden desarrollar dispositivos electrónicos de radiofrecuencia y energía de próxima generación que tienen el potencial de ser más rápidos, más confiables y más eficientes energéticamente.
El diseño de dispositivos semiconductores puede ser de prueba y error, aunque más comúnmente se basa en una simulación de dispositivo que luego proporciona la base para la fabricación de dispositivos semiconductores para aplicaciones de la vida real. Cuando se trata de materiales semiconductores nuevos y emergentes, a menudo se desconoce cuán precisas y correctas son en realidad estas simulaciones.
El profesor Martin Kuball, de la Facultad de Física de la Universidad de Bristol, dijo: “Se pueden fabricar semiconductores para que conduzcan cargas positivas o negativas y, por lo tanto, se pueden diseñar para modular y manipular la corriente. Sin embargo, estos dispositivos semiconductores no se detienen con el silicio, hay muchos otros, incluido el nitruro de galio (utilizado en los LED azules por ejemplo). Estos dispositivos semiconductores, que por ejemplo convierten una corriente alterna de una línea eléctrica en una corriente continua, resultan en una pérdida de energía como calor residual; mire su computadora portátil, por ejemplo, el bloque de alimentación se está calentando o incluso caliente. Si pudiéramos mejorar la eficiencia y reducir este calor residual, ahorraremos energía.
"Se aplica un voltaje a un dispositivo electrónico y, como resultado, hay una corriente de salida utilizada en la aplicación. Dentro de este dispositivo electrónico hay un campo eléctrico que determina cómo funciona este dispositivo y cuánto tiempo estará operativo y qué tan bueno es su funcionamiento. En realidad, nadie pudo medir este campo eléctrico, tan fundamental para el funcionamiento del dispositivo. Uno siempre confió en la simulación, que es difícil de confiar a menos que realmente pueda probar su precisión ".
Para lograr un buen rendimiento y dispositivos electrónicos duraderos con estos nuevos materiales, es importante que los investigadores encuentren el diseño óptimo, donde los campos eléctricos no excedan el valor crítico que resultaría en su degradación o falla. Los expertos planean utilizar materiales emergentes como el nitruro de galio y el óxido de galio en lugar de silicio, lo que permite el funcionamiento a una frecuencia más alta y a voltajes más altos, respectivamente, de modo que sean posibles nuevos circuitos que reduzcan la pérdida de energía. Este trabajo publicado por el grupo de la Universidad de Bristol proporcionará una herramienta óptica que permitirá la medición directa del campo eléctrico dentro de estos nuevos dispositivos. Esto respaldará la futura electrónica de potencia eficiente en aplicaciones como estaciones de turbinas solares o eólicas que alimentan la red nacional, coches eléctricos, trenes y aviones. La reducción de la pérdida de energía significa que las sociedades no necesitan producir tanta energía en primer lugar.
El profesor Kuball dijo: “Teniendo en cuenta que estos dispositivos funcionan a voltajes más altos, esto también significa que los campos eléctricos en los dispositivos son más altos y esto, a su vez, significa que pueden fallar más fácilmente. La nueva técnica que hemos desarrollado nos permite cuantificar los campos eléctricos dentro de los dispositivos, lo que permite una calibración precisa de las simulaciones del dispositivo que a su vez diseñan los dispositivos electrónicos para que los campos eléctricos no excedan los límites críticos y fallen ”.
El profesor Kuball y su equipo planean trabajar con partes interesadas clave de la industria para aplicar la técnica y avanzar en su dispositivo. la tecnología. En un contexto académico, se comprometerán con socios dentro del centro ULTRA del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) de 12 millones de dólares en el que están asociados, para utilizar esta técnica para hacer realidad la tecnología de dispositivos de banda prohibida ultra ancha, lo que permitirá ahorros de energía superiores a 10% en todo el mundo.
“Este desarrollo ayuda al Reino Unido y al mundo a desarrollar semiconductor dispositivos, que es un paso hacia una sociedad neutral en carbono ”, agregó.