Onderzoekers van de Universiteit van Bristol hebben een methode ontdekt die zorgt voor snellere communicatiesystemen en betere energiebesparende elektronica.
De doorbraak kwam tot stand door vast te stellen hoe het elektrische veld in een afstandsbediening op afstand kan worden gemeten Halfgeleider apparaat voor de eerste keer. A halfgeleider is een materiaal, zoals silicium, dat in elektronische apparaten kan worden gebruikt om elektrische stroom te regelen.
Nu, in deze nieuwe studie, vandaag gepubliceerd in Natuurelektronica, schetsen wetenschappers hoe dit elektrische veld nauwkeurig kan worden gekwantificeerd, wat betekent dat de volgende generatie elektrische en radiofrequentie-elektronische apparaten kunnen worden ontwikkeld die het potentieel hebben om sneller, betrouwbaarder en energiezuiniger te zijn.
Het ontwerp van halfgeleiderapparaten kan vallen en opstaan zijn, hoewel het vaker is gebaseerd op een apparaatsimulatie die vervolgens de basis vormt voor de fabricage van de halfgeleiderapparaten voor real-life toepassingen. Wanneer dit nieuwe en opkomende halfgeleidermaterialen zijn, was het vaak onbekend hoe nauwkeurig en correct deze simulaties eigenlijk zijn.
Prof Martin Kuball van de School of Physics van de Universiteit van Bristol zei: "Halfgeleiders kunnen worden gemaakt om positieve of negatieve ladingen te geleiden en kunnen daarom worden ontworpen om stroom te moduleren en te manipuleren. Deze halfgeleiderapparaten houden echter niet op bij Silicium, er zijn er nog veel meer, waaronder Gallium Nitride (bijvoorbeeld gebruikt in blauwe LED's). Deze halfgeleiderapparaten, die bijvoorbeeld een wisselstroom van een hoogspanningslijn omzetten in een gelijkstroom, resulterend in energieverlies als afvalwarmte - kijk bijvoorbeeld naar je laptop, de power brick wordt warm of zelfs heet. Als we de efficiëntie kunnen verbeteren en deze afvalwarmte kunnen verminderen, besparen we energie.
“Men past een spanning naar een elektronisch apparaat, en als gevolg daarvan wordt er een uitgangsstroom gebruikt in de toepassing. Binnenin dit elektronische apparaat bevindt zich een elektrisch veld dat bepaalt hoe dit apparaat werkt en hoe lang het operationeel zal zijn en hoe goed de werking ervan is. Niemand zou dit elektrische veld kunnen meten, dat zo fundamenteel is voor de werking van het apparaat. Men vertrouwde altijd op simulatie die moeilijk te vertrouwen is, tenzij je de nauwkeurigheid ervan daadwerkelijk kunt testen.
Om van deze nieuwe materialen goede prestaties en duurzame elektronische apparaten te maken, is het belangrijk dat onderzoekers het optimale ontwerp vinden, waarbij elektrische velden de kritische waarde niet overschrijden die zou leiden tot degradatie of defecten. Experts zijn van plan om nieuw opkomende materialen zoals galliumnitride en galliumoxide te gebruiken in plaats van silicium, waardoor ze respectievelijk op een hogere frequentie en hogere spanningen kunnen werken, zodat nieuwe circuits mogelijk zijn die energieverlies verminderen. Dit werk, gepubliceerd door de groep van de Universiteit van Bristol, zal een optisch hulpmiddel bieden om de directe meting van het elektrische veld in deze nieuwe apparaten mogelijk te maken. Dit zal toekomstige efficiënte vermogenselektronica ondersteunen in toepassingen zoals zonne- of windturbinestations die het nationale elektriciteitsnet voeden, elektrische auto's, treinen en vliegtuigen. Minder energieverlies betekent dat samenlevingen in de eerste plaats niet zoveel energie hoeven te produceren.
Prof Kuball zei: "Aangezien deze apparaten op hogere spanningen worden gebruikt, betekent dit ook dat de elektrische velden in de apparaten hoger zijn en dit betekent op zijn beurt dat ze gemakkelijker kunnen falen. De nieuwe techniek die we hebben ontwikkeld, stelt ons in staat om elektrische velden in de apparaten te kwantificeren, waardoor nauwkeurige kalibratie van de apparaatsimulaties mogelijk wordt, die op hun beurt de elektronische apparaten zo ontwerpen dat de elektrische velden de kritische limieten niet overschrijden en falen.”
Prof. Kuball en zijn team zijn van plan samen te werken met belangrijke belanghebbenden uit de sector om de techniek toe te passen om hun apparaat vooruit te helpen technologie. Binnen een academische context zullen ze samenwerken met partners binnen het 12 miljoen dollar kostende ULTRA-centrum van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), waarin ze samenwerken, om deze techniek te gebruiken om apparaattechnologie met ultrabrede bandgap werkelijkheid te maken, waardoor energiebesparingen van meer dan 10 miljoen euro mogelijk worden. XNUMX% over de hele wereld.
“Deze ontwikkeling helpt het VK en de wereld om energiebesparing te ontwikkelen halfgeleider apparaten, wat een stap is in de richting van een koolstofneutrale samenleving”, voegde hij eraan toe.