La gente ama sus autos eléctricos. Pero no tanto las voluminosas baterías y los sistemas de energía relacionados que ocupan un valioso espacio de carga.
La ayuda podría estar en camino desde un transistor a base de óxido de galio en desarrollo en la Universidad de Buffalo.
En un estudio publicado en la edición de junio de IEEE Electron Device Letters , los ingenieros eléctricos describen cómo el pequeño interruptor electrónico puede manejar más de 8,000 voltios, una hazaña impresionante teniendo en cuenta que es casi tan delgado como una hoja de papel.
El transistor podría conducir a sistemas electrónicos más pequeños y más eficientes que controlan y convierten la energía eléctrica, un campo de estudio conocido como electrónica de potencia, en automóviles eléctricos, locomotoras y aviones. A su vez, esto podría ayudar a mejorar hasta qué punto estos vehículosPuedo viajar.
"Para impulsar realmente estas tecnologías hacia el futuro, necesitamos componentes electrónicos de próxima generación que puedan manejar mayores cargas de energía sin aumentar el tamaño de los sistemas electrónicos de potencia", dice el autor principal del estudio, Uttam Singisetti, quien agrega que el transistor podríatambién benefician las tecnologías de microrredes y los transformadores de estado sólido.
Singisetti, PhD, profesor asociado de ingeniería eléctrica en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB, y los estudiantes en su laboratorio han estado estudiando el potencial del óxido de galio, incluido el trabajo previo explorando los transistores hechos del material.
Quizás la razón principal por la que los investigadores están explorando el potencial del óxido de galio para la electrónica de potencia es una propiedad conocida como "banda prohibida".
Bandgap mide cuánta energía se requiere para sacudir un electrón en un estado conductor. Los sistemas hechos con materiales de banda ancha pueden ser más delgados, livianos y manejan más potencia que los sistemas hechos de materiales con bandas de banda más bajas.
el intervalo de banda del óxido de galio es de aproximadamente 4,8 voltios de electrones, lo que lo ubica entre un grupo de élite de materiales que se considera que tienen un intervalo de banda ultra ancho.
La banda prohibida de estos materiales excede la del silicio 1.1 voltios de electrones, el material más común en electrónica de potencia, así como los posibles reemplazos para el silicio, incluido el carburo de silicio aproximadamente 3.4 voltios de electrones y nitruro de galio aproximadamente 3.3 voltios de electrones.
Una innovación clave en el nuevo transistor gira en torno a la pasivación, que es un proceso químico que consiste en recubrir el dispositivo para reducir la reactividad química de su superficie. Para lograr esto, Singisetti agregó una capa de SU-8, un polímero a base de epoxicomúnmente utilizado en microelectrónica.
Los resultados fueron impresionantes.
Las pruebas realizadas pocas semanas antes de que la pandemia COVID-19 cerrara temporalmente el laboratorio de Singisetti en marzo muestran que el transistor puede manejar 8.032 voltios antes de descomponerse, que es más que transistores de diseño similar hechos de carburo de silicio o nitruro de galio que están en desarrollo.
"Cuanto mayor es el voltaje de ruptura, más potencia puede manejar un dispositivo", dice Singisetti. "La capa de pasivación es una forma simple, eficiente y rentable de aumentar el rendimiento de los transistores de óxido de galio".
Las simulaciones sugieren que el transistor tiene una intensidad de campo de más de 10 millones de voltios o 10 megavoltios por centímetro. La intensidad de campo mide la intensidad de una onda electromagnética en un lugar determinado, y finalmente determina el tamaño y el peso de los sistemas electrónicos de potencia..
"Estas intensidades de campo simuladas son impresionantes. Sin embargo, deben verificarse mediante mediciones experimentales directas", dice Singisetti.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Original escrito por Cory Nealon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Nueva investigación de la luz más antigua confirma la edad del universo
Las primeras imágenes del Orbitador Solar revelan 'fogatas' en el sol
Los científicos proponen un plan para determinar si el Planeta Nueve es un agujero negro primordial
Platón tenía razón: la Tierra está hecha, en promedio, de cubos
Nuevo modelo conecta la física de gotitas respiratorias con la propagación de Covid-19
Los científicos descubren que los volcanes en Venus todavía están activos