Si bien un diamante puede ser el mejor amigo de una chica, también podría ser la clave para sostener la electrificación de la sociedad. Los investigadores están revolucionando los semiconductores con diamantes, y este dispositivo tiene un gran potencial. Presenta la corriente de fuga más baja y el voltaje de ruptura más alto. Se espera que este dispositivo alcance el objetivo de neutralidad de carbono para 2050.
Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han diseñado un dispositivo semiconductor que utiliza diamante . Este dispositivo presenta el voltaje de ruptura más alto y la corriente de fuga más baja jamás registradas para dispositivos de diamante. Este avance allana el camino para el desarrollo de tecnologías más eficientes, necesarias para la transición mundial hacia las energías renovables.
Esta investigación pone de manifiesto la extraordinaria resistencia de su dispositivo de diamante. Demuestra que es capaz de soportar un voltaje sorprendentemente alto de aproximadamente 5 kV . Esta limitación de voltaje se debe a la configuración de medición, más que al dispositivo en sí, lo que sugiere un potencial aún mayor. En teoría, su dispositivo puede soportar alrededor de 9 kV , superando todos los récords anteriores de dispositivos de diamante. La corriente de fuga excepcionalmente baja no solo aumenta la eficiencia general del dispositivo, sino que también mejora su fiabilidad.
Ventajas de los semiconductores de diamante
En comparación con los materiales semiconductores convencionales como el silicio, el diamante garantiza un rendimiento eléctrico óptimo. El diamante es un semiconductor excepcional y los dispositivos semiconductores de diamante incluyen las siguientes características:
- Alta conductividad térmica.
- Buen conductor de calor
- Puede funcionar con voltajes y corrientes significativamente más altos.
- Utiliza menos material y disipa el calor de manera eficiente.
- Tiene una reducción excepcional en la corriente de fuga.
Can Bayram , profesor de ingeniería eléctrica e informática y líder de la investigación , afirmó: “Para tener una red eléctrica que requiera alta corriente y alto voltaje, lo que hace que todo sea más eficiente para aplicaciones como paneles solares y turbinas eólicas, necesitamos una tecnología sin límite térmico. Ahí es donde entra en juego el diamante”.
Los diamantes están compuestos esencialmente de carbono, un recurso abundante. Es posible sintetizar diamantes artificiales en semanas en lugar de miles de millones de años. Además, este proceso genera muchas menos emisiones de carbono, aproximadamente 100 veces menos . Por lo tanto, al revolucionar los semiconductores con diamantes, los investigadores pueden reducir las emisiones en ambos extremos.
Avances en semiconductores
Generalmente el silicio se utiliza en la fabricación de semiconductores y hasta ahora ha satisfecho las necesidades energéticas.
Pero según el profesor Byram, “Queremos asegurarnos de tener suficientes recursos para todos, mientras nuestras necesidades evolucionan. Actualmente, utilizamos cada vez más ancho de banda, generamos más datos (lo que también implica mayor almacenamiento) y consumimos más energía eléctrica y, en general, más electricidad. La pregunta es: ¿existe alguna manera de optimizar todo esto, en lugar de generar más energía y construir más centrales eléctricas?”.
La creciente necesidad de energía
Actualmente, se estima que los dispositivos de potencia controlan el 50% de la electricidad mundial. Se prevé que esta cifra aumente al 80% en menos de 10 años. Asimismo, se espera que la demanda de electricidad aumente un 50% para 2050.
Para alcanzar el objetivo global de neutralidad de carbono para 2050, es esencial un cambio radical en los materiales electrónicos. Solo así se podrá establecer una red eléctrica más robusta y fiable. Según un nuevo informe de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina , el impacto potencial de no abordar adecuadamente la modernización y expansión de la red eléctrica plantea las siguientes amenazas:
- Una amenaza para la transición exitosa hacia energía sostenible.
- Capacidad de transmisión inadecuada obstaculizaría el despliegue de fuentes renovables, lo que podría conducir a un aumento temporal de las emisiones de combustibles fósiles.
- Socavando aún más los esfuerzos de la nación Reducir sus emisiones totales puede impedirle alcanzar sus objetivos de reducción de emisiones.
El profesor Can Bayram afirmó: “Para satisfacer la demanda de electricidad y modernizar la red eléctrica, es fundamental que dejemos de lado los materiales convencionales, como el silicio, y adoptemos los nuevos materiales que se están incorporando hoy en día, como el carburo de silicio y la próxima generación de semiconductores (materiales de banda prohibida ultraancha), como el nitruro de aluminio, el diamante y compuestos relacionados”.
Próximas oportunidades
Los investigadores pretenden revolucionar los semiconductores con diamantes creando un dispositivo que pueda manejar aplicaciones de alta potencia y voltaje.
“Hemos desarrollado un dispositivo electrónico más adecuado para aplicaciones de alta potencia y alto voltaje, destinado a la futura red eléctrica y otras aplicaciones energéticas. Este dispositivo está fabricado con diamante sintético, un material de banda prohibida ultraancha que promete mayor eficiencia y mejor rendimiento que los dispositivos de la generación actual. Esperamos seguir optimizando este dispositivo y otras configuraciones para alcanzar los límites de rendimiento del diamante”, añadió Zhuoran Han , estudiante de posgrado e investigador de este experimento.
Fuente : Semiconductores de próxima generación: el dispositivo Diamond muestra el voltaje de ruptura más alto
