La Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón JST, Fujitsu Limited y la Universidad Metropolitana de Tokio anunciaron que desarrollaron un elemento rectificador altamente sensible en forma de un diodo hacia atrás de nanocables, que puede convertir microondas de baja potencia en electricidad. A través de JSTProgramas estratégicos de investigación básica, la tecnología fue desarrollada por investigadores dirigidos por Kenichi Kawaguchi de Fujitsu Limited y el profesor Michihiko Suhara de la Universidad Metropolitana de Tokio. Se espera que la nueva tecnología desempeñe un papel en la recolección de energía de las ondas de radio en el medio ambiente, en el que la electricidadse genera a partir de ondas de radio ambientales, como las emitidas por las estaciones base de telefonía móvil.
Antecedentes de investigación y circunstancias
En preparación para el comienzo de la verdadera era de IoT, las tecnologías de recolección de energía, que transforman las diminutas fuentes de energía en el entorno circundante en electricidad, han sido objeto de atención en los últimos años como un medio para crear redes de sensores que funcionan sin baterías.Un ejemplo de este tipo reutiliza como electricidad las ondas de radio de baja potencia microondas, ubicuas en el espacio abierto, que se emiten desde las estaciones base de teléfonos móviles, para su uso en las comunicaciones. El equipo utilizado para generar electricidad a partir de ondas de radio ambientales consiste en una potencia de onda de radioelemento generador, que incluye una antena para recoger ondas de radio y un elemento rectificador diodo que rectifica las ondas de radio.
La capacidad de respuesta sensibilidad de un diodo a las microondas depende en gran medida de la inclinación de las características de rectificación y del tamaño del diodo capacidad. Generalmente, los diodos de barrera Schottky * 1, que utilizan la rectificación que ocurre en la unión formada entre un metal y unlos semiconductores se utilizan como diodos para la conversión de potencia. Debido a que las características de rectificación se vuelven lentas a voltajes extremadamente bajos y el tamaño de los elementos es mayor que varios micrómetros μm, sin embargo, la sensibilidad a las microondas de baja potencia es más débil que los microvatios μWinsuficiente, y fue difícil convertir las ondas de radio ambientales en electricidad. Esto llevó a una demanda de diodos con mayor sensibilidad.
Detalles de la investigación
Los investigadores llevaron a cabo el desarrollo para crear un diodo con mayor sensibilidad. Específicamente, redujeron la capacidad y miniaturizaron un diodo hacia atrás * 2 que es capaz de operaciones de rectificación empinada con polarización cero * 3, ya que la rectificación se produce al unir dos tipos diferentesde semiconductores y flujos de corriente con un principio diferente efecto túnel que los diodos de barrera Schottky convencionales.
Los diodos hacia atrás convencionales se formaron procesando la película delgada de un semiconductor compuesto en capas en forma de disco mediante grabado. Sin embargo, debido a que los materiales son propensos a sufrir daños durante el procesamiento, fue difícil procesar finamente los diodos a un tamaño submicrométrico y operarlos.
Al ajustar la proporción composición de los elementos constitutivos de los materiales semiconductores conectados y, a un nivel mínimo, la densidad de las impurezas agregadas, los investigadores lograron cultivar cristales en nanocristales con un diámetro de 150 nm compuesto de tipo narseniuro de indio n-InAs y antimoniuro de arseniuro de galio tipo p p-GaAsSb para una estructura de unión de túnel necesaria para las características del diodo hacia atrás. Además, en el proceso para implantar material aislante alrededor del nanocable * 4 y el procesoPara formar una película de electrodo con metal en ambos extremos del cable, se utilizó una nueva tecnología para el montaje que no daña el nanocable. Como resultado, pudieron formar un diodo de tamaño submicrométrico, que era difícil de hacer con el convencionalTecnología de proceso de miniaturización para semiconductores compuestos y, por lo tanto, logró, por primera vez en el mundo, desarrollar un diodo hacia atrás de nanocables con más de 10 veces la sensibilidad de Schottky convencionaldiodos de barrera.
Al probar la nueva tecnología en la frecuencia de microondas de 2.4GHz, que actualmente se usa en los estándares de línea de comunicación 4G LTE y Wi-Fi para teléfonos móviles, la sensibilidad fue de 700kV / W, aproximadamente 11 veces mayor que la barrera convencional de Schottkydiodo con una sensibilidad de 60KV / W. Por lo tanto, la tecnología puede convertir eficientemente ondas de radio de baja potencia de clase 100nW en electricidad, lo que permite la conversión de microondas emitidas al medio ambiente desde estaciones base de telefonía móvil en un área de más de 10veces mayor de lo que era posible anteriormente correspondiente al 10% del área en la que son posibles las comunicaciones por teléfono móvil. Esto ha llevado a las expectativas de que se pueda utilizar como fuente de energía para los sensores.
Con esta tecnología, las microondas con un nivel de potencia de 100 nanowatts nW se pueden convertir en electricidad. En adelante, a medida que el grupo de investigación optimice el diseño del diodo y la antena de recolección de ondas de radio mientras agrega control de potencia para voltaje constante, existen grandes expectativas para la realización de la recolección de energía de las ondas de radio ambientales.
Notas
1. Diodo de barrera de Schottky: diodos que utilizan la energía conocida como barrera de Schottky, que se produce a través de una unión de un semiconductor y un metal, para la rectificación.
2. Diodo hacia atrás: a diferencia de los diodos de barrera Schottky convencionales, estos diodos funcionan mediante el fenómeno del túnel. Permiten excelentes operaciones de rectificación incluso dentro de pequeños rangos de voltaje en los que los diodos convencionales no pueden lograr una rectificación suficiente.
3. Sesgo cero: una condición en la que hay voltaje cero. Con la recolección de energía de las ondas de radio ambientales, se necesitan operaciones de sesgo cero porque no se puede consumir energía para el ajuste del voltaje de funcionamiento.
4. Nanowire: semiconductores en forma de alambre tan delgados que su ancho se mide en nanómetros nm. En lugar de a través del procesamiento de arriba hacia abajo, como el grabado, se pueden construir de abajo hacia arriba a través de la formación de cristales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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