Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bristol đã phát hiện ra một phương pháp cho phép hệ thống liên lạc nhanh hơn và thiết bị điện tử tiết kiệm năng lượng tốt hơn.
Bước đột phá được thực hiện bằng cách thiết lập cách đo từ xa điện trường bên trong Semiconductor thiết bị lần đầu tiên. MỘT bán dẫn là một loại vật liệu, chẳng hạn như Silicon, có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử để điều khiển dòng điện.
Bây giờ, trong nghiên cứu mới này, được xuất bản hôm nay trong Tự nhiên Điện tử, các nhà khoa học phác thảo cách định lượng chính xác điện trường này, có nghĩa là các thiết bị điện tử tần số vô tuyến và điện thế hệ tiếp theo có thể được phát triển có tiềm năng nhanh hơn, đáng tin cậy hơn, cũng như tiết kiệm năng lượng hơn.
Thiết kế thiết bị bán dẫn có thể được thử và sai, mặc dù nó phổ biến hơn là dựa trên mô phỏng thiết bị, sau đó cung cấp cơ sở cho việc sản xuất các thiết bị bán dẫn cho các ứng dụng thực tế. Khi đây là những vật liệu bán dẫn mới xuất hiện, người ta thường không biết độ chính xác và độ chính xác của những mô phỏng này.
Giáo sư Martin Kuball thuộc Khoa Vật lý của Đại học Bristol cho biết: “Chất bán dẫn có thể được tạo ra để dẫn điện dương hoặc âm và do đó có thể được thiết kế để điều chỉnh và điều khiển dòng điện. Tuy nhiên, các thiết bị bán dẫn này không chỉ dừng lại ở Silicon, còn có nhiều thiết bị khác bao gồm cả Gallium Nitride (được sử dụng trong đèn LED xanh lam chẳng hạn). Các thiết bị bán dẫn này, chẳng hạn chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ đường dây điện thành dòng điện một chiều, dẫn đến thất thoát năng lượng dưới dạng nhiệt thải — hãy nhìn vào máy tính xách tay của bạn, chẳng hạn như cục gạch điện đang nóng lên hoặc thậm chí nóng lên. Nếu chúng ta có thể nâng cao hiệu quả và giảm lượng nhiệt thải này, chúng ta sẽ tiết kiệm năng lượng.
“Người ta áp dụng một Vôn đến một thiết bị điện tử và kết quả là có một dòng điện đầu ra được sử dụng trong ứng dụng. Bên trong thiết bị điện tử này là một điện trường quyết định cách thức hoạt động của thiết bị này và thời gian hoạt động cũng như hoạt động tốt như thế nào. Không ai có thể thực sự đo được điện trường này, điều cơ bản đối với hoạt động của thiết bị. Người ta luôn dựa vào mô phỏng mà rất khó để tin tưởng trừ khi bạn thực sự có thể kiểm tra độ chính xác của nó ”.
Để làm cho các thiết bị điện tử hoạt động tốt và bền lâu từ những vật liệu mới này, điều quan trọng là các nhà nghiên cứu phải tìm ra thiết kế tối ưu, trong đó điện trường không vượt quá giá trị tới hạn dẫn đến sự xuống cấp hoặc hỏng hóc của chúng. Các chuyên gia có kế hoạch sử dụng các vật liệu mới nổi như Gali Nitride và Gali Oxit thay vì Silicon, cho phép hoạt động ở tần số cao hơn và ở điện áp cao hơn, để có thể có các mạch mới giúp giảm tổn thất năng lượng. Công trình được xuất bản bởi nhóm Đại học Bristol sẽ cung cấp một công cụ quang học cho phép đo trực tiếp điện trường trong các thiết bị mới này. Điều này sẽ làm nền tảng cho các thiết bị điện tử công suất hiệu quả trong tương lai trong các ứng dụng như trạm năng lượng mặt trời hoặc tuabin gió cấp vào lưới điện quốc gia, ô tô điện, tàu hỏa và máy bay. Giảm tổn thất năng lượng có nghĩa là xã hội không cần phải sản xuất nhiều năng lượng ngay từ đầu.
Giáo sư Kuball cho biết: “Xem xét rằng các thiết bị này được vận hành ở điện áp cao hơn, điều này cũng có nghĩa là điện trường trong các thiết bị cao hơn và điều này có nghĩa là chúng có thể hỏng hóc dễ dàng hơn. Kỹ thuật mới mà chúng tôi đã phát triển cho phép chúng tôi định lượng điện trường bên trong các thiết bị, cho phép hiệu chuẩn chính xác các mô phỏng thiết bị mà lần lượt thiết kế các thiết bị điện tử để điện trường không vượt quá giới hạn tới hạn và không đạt yêu cầu ”.
Giáo sư Kuball và nhóm của ông có kế hoạch hợp tác với các bên liên quan chính trong ngành để áp dụng kỹ thuật này nhằm cải tiến thiết bị của họ công nghệ. Trong bối cảnh học thuật, họ sẽ hợp tác với các đối tác trong trung tâm ULTRA của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) trị giá 12 triệu đô la. Họ hợp tác để sử dụng kỹ thuật này nhằm biến công nghệ thiết bị băng thông cực rộng trở thành hiện thực, cho phép tiết kiệm năng lượng vượt quá mức 10% trên toàn cầu.
“Sự phát triển này giúp Vương quốc Anh và thế giới phát triển tiết kiệm năng lượng bán dẫn thiết bị, đó là một bước tiến tới một xã hội không có carbon, ”ông nói thêm.