Des chercheurs de l'Université de Bristol ont découvert une méthode qui permettra des systèmes de communication plus rapides et une meilleure électronique à économie d'énergie.
La percée a été faite en établissant comment mesurer à distance le champ électrique à l'intérieur d'un Semi-conducteurs appareil pour la première fois. UN semi-conducteur est un matériau, tel que le silicium, qui peut être utilisé dans les appareils électroniques pour contrôler le courant électrique.
Or, dans cette nouvelle étude, publiée aujourd'hui dans Electronique Nature, les scientifiques expliquent comment quantifier avec précision ce champ électrique, ce qui signifie que des dispositifs électroniques d'alimentation et de radiofréquence de nouvelle génération peuvent être développés qui ont le potentiel d'être plus rapides et plus fiables, ainsi que plus économes en énergie.
La conception de dispositifs semi-conducteurs peut se faire par essais et erreurs, bien que le plus souvent elle soit basée sur une simulation de dispositif qui fournit ensuite la base pour la fabrication des dispositifs semi-conducteurs pour des applications réelles. Lorsqu'il s'agit de matériaux semi-conducteurs nouveaux et émergents, on ignore souvent à quel point ces simulations sont précises et correctes.
Le professeur Martin Kuball de l'École de physique de l'Université de Bristol a déclaré : « Les semi-conducteurs peuvent être amenés à conduire des charges positives ou négatives et peuvent donc être conçus pour moduler et manipuler le courant. Cependant, ces dispositifs semi-conducteurs ne s'arrêtent pas au Silicium, il en existe bien d'autres dont le Nitrure de Gallium (utilisé dans les LED bleues par exemple). Ces dispositifs à semi-conducteurs, qui convertissent par exemple le courant alternatif d'une ligne électrique en courant continu, entraînant une perte d'énergie sous forme de chaleur perdue. Si nous pouvions améliorer l'efficacité et réduire cette chaleur perdue, nous économiserions de l'énergie.
« On applique un Tension à un appareil électronique et, par conséquent, un courant de sortie est utilisé dans l'application. À l'intérieur de cet appareil électronique se trouve un champ électrique qui détermine le fonctionnement de cet appareil, sa durée de fonctionnement et sa qualité de fonctionnement. Personne ne pouvait réellement mesurer ce champ électrique, si fondamental pour le fonctionnement de l'appareil. On s'est toujours appuyé sur une simulation à laquelle il est difficile de faire confiance à moins que vous ne puissiez réellement tester sa précision.
Pour fabriquer des appareils électroniques performants et durables à partir de ces nouveaux matériaux, il est important que les chercheurs trouvent la conception optimale, où les champs électriques ne dépassent pas la valeur critique qui entraînerait leur dégradation ou leur défaillance. Les experts prévoient d'utiliser des matériaux émergents tels que le nitrure de gallium et l'oxyde de gallium plutôt que le silicium, permettant un fonctionnement à une fréquence plus élevée et à des tensions plus élevées, respectivement, de sorte que de nouveaux circuits soient possibles qui réduisent les pertes d'énergie. Ces travaux publiés par le groupe de l'Université de Bristol fourniront un outil optique permettant la mesure directe du champ électrique au sein de ces nouveaux dispositifs. Cela soutiendra l'électronique de puissance à l'avenir efficace dans des applications telles que les stations solaires ou éoliennes alimentant le réseau national, les voitures électriques, les trains et les avions. La réduction des pertes d'énergie signifie que les sociétés n'ont pas besoin de produire autant d'énergie en premier lieu.
Le professeur Kuball a déclaré: « Considérant que ces appareils fonctionnent à des tensions plus élevées, cela signifie également que les champs électriques dans les appareils sont plus élevés et cela, à son tour, signifie qu'ils peuvent tomber en panne plus facilement. La nouvelle technique que nous avons développée nous permet de quantifier les champs électriques au sein des appareils, permettant un étalonnage précis des simulations d'appareils qui, à leur tour, conçoivent les appareils électroniques afin que les champs électriques ne dépassent pas les limites critiques et échouent.
Le professeur Kuball et son équipe prévoient de travailler avec les principaux acteurs de l'industrie pour appliquer la technique afin de faire progresser leur appareil. sans souci. Dans un contexte académique, ils s'engageront avec des partenaires au sein du centre ULTRA du Département de l'énergie (DOE) des États-Unis, d'une valeur de 12 millions de dollars, dans lequel ils sont partenaires, pour utiliser cette technique afin de faire de la technologie des dispositifs à bande interdite ultra-large une réalité, permettant des économies d'énergie supérieures à 10% à travers le monde.
«Ce développement aide le Royaume-Uni et le monde à développer des économies d'énergie semi-conducteur appareils, ce qui est un pas vers une société neutre en carbone », a-t-il ajouté.