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 avance se logró al establecer cómo medir de forma remota el campo eléctrico dentro de un dispositivo semiconductor por primera vez. Un semiconductor es un material, como el silicio, que se puede usar 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 potencia y radiofrecuencia 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 menudoSe desconoce cuán precisas y correctas son 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 en el silicio, haymuchos otros, incluido el nitruro de galio utilizado en los LED azules, por ejemplo. Estos dispositivos semiconductores, que, por ejemplo, convierten una corriente CA de una línea eléctrica en una corriente CC, provocan una pérdida de energía como calor residual.Por ejemplo, el bloque de energía se está calentando o incluso caliente. Si pudiéramos mejorar la eficiencia y reducir este calor residual, ahorraremos energía.
"Se aplica voltaje a un dispositivo electrónico y, como resultado, se usa una corriente de salida 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 buenosu funcionamiento es. Nadie podría medir realmente 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 daría lugar a su degradación o falla. Los expertos planean utilizar los nuevosmateriales como el Nitruro de Galio y el Óxido de Galio en lugar del Silicio, permitiendo operar a mayor frecuencia y a mayores voltajes, 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 parapermitir la medición directa del campo eléctrico dentro de estos nuevos dispositivos. Esto apoyará la futura electrónica de potencia eficiente en aplicaciones como estaciones de turbinas solares o eólicas que se alimentan a la red nacional, automóviles eléctricos, trenes y aviones. La reducción de la pérdida de energía significa que las sociedades no necesitanproducir 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 delos 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 superen los límites críticos y fallen ".
El profesor Kuball y su equipo planean trabajar con las partes interesadas clave de la industria para aplicar la técnica para avanzar en la tecnología de sus dispositivos. Dentro de un contexto académico, se relacionarán con socios dentro del centro ULTRA del Departamento de Energía de EE. UU. DOE de $ 12 millones,están asociados, para utilizar esta técnica para hacer realidad la tecnología de dispositivos de banda prohibida ultra ancha, lo que permite ahorros de energía superiores al 10% en todo el mundo.
"Este desarrollo ayuda al Reino Unido y al mundo a desarrollar dispositivos semiconductores que ahorran energía, lo cual es un paso hacia una sociedad neutra en carbono", agregó.
La técnica se desarrolló como parte de un proyecto del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas EPSRC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Bristol . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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