Embora um diamante possa ser o melhor amigo de uma garota, ele também pode ser a chave para sustentar a eletrificação da sociedade. Pesquisadores estão revolucionando semicondutores com diamantes, e este dispositivo tem grande potencial. Ele tem a menor corrente de fuga e a maior tensão de ruptura. Espera-se que este dispositivo atinja a meta de neutralidade de carbono até 2050.
Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign desenvolveram um dispositivo semicondutor utilizando diamante . Ele apresenta a maior tensão de ruptura e a menor corrente de fuga já relatadas para dispositivos de diamante. Esse avanço abre caminho para a implementação de tecnologias mais eficientes, necessárias para a transição global para energias renováveis.
Esta pesquisa demonstra a notável resistência do dispositivo de diamante. Ela mostra que o dispositivo é capaz de suportar uma tensão surpreendentemente alta de aproximadamente 5 kV . Essa limitação de tensão decorre da configuração de medição, e não do próprio dispositivo, o que indica um potencial ainda maior. Em teoria, o dispositivo pode suportar cerca de 9 kV , quebrando todos os recordes anteriores para dispositivos de diamante. A corrente de fuga notavelmente baixa não só aumenta a eficiência geral do dispositivo, como também melhora sua confiabilidade.
Vantagens dos semicondutores de diamante
Em comparação com materiais semicondutores convencionais , como o silício, o diamante garante que não haja comprometimento no desempenho elétrico. O diamante é um semicondutor notável e os dispositivos semicondutores de diamante apresentam as seguintes características:
- Alta condutividade térmica
- Bom condutor de calor
- Pode funcionar em tensões e correntes significativamente mais altas
- Utiliza menos material e dissipa calor de forma eficiente
- Possui uma redução excepcional na corrente de fuga.
Can Bayram , professor de engenharia elétrica e de computação que lidera a pesquisa , disse: “Para termos uma rede elétrica que exija alta corrente e alta tensão, o que torna tudo mais eficiente para aplicações como painéis solares e turbinas eólicas, precisamos de uma tecnologia que não tenha limite térmico. É aí que o diamante entra em cena.”
Os diamantes são essencialmente feitos de carbono, um recurso abundante. É viável sintetizar diamantes artificiais em semanas, em vez de bilhões de anos. Além disso, esse processo produz significativamente menos emissões de carbono — cerca de 100 vezes menos . Assim, ao revolucionar os semicondutores com diamantes, os pesquisadores podem reduzir as emissões em ambas as pontas.
Avanços em Semicondutores
O silício é comumente usado na fabricação de semicondutores, e até agora eles atendem aos requisitos de energia.
Mas, de acordo com o Prof. Byram, “Queremos garantir que tenhamos recursos suficientes para todos, enquanto nossas necessidades evoluem. Atualmente, estamos usando cada vez mais largura de banda, criando mais dados (o que também exige mais armazenamento) e consumindo mais energia, mais eletricidade e mais energia em geral. A questão é: existe uma maneira de tornar tudo isso mais eficiente, em vez de gerar mais energia e construir mais usinas?”
A crescente necessidade de energia
Atualmente, estima-se que os dispositivos de geração de energia controlem 50% da eletricidade mundial. Projeta-se que esse número suba para 80% em menos de 10 anos. Além disso, a demanda por eletricidade deverá aumentar em 50% até 2050.
Para atingir o objetivo global de neutralidade de carbono até 2050, uma mudança radical nos materiais eletrônicos é essencial. Somente assim será possível estabelecer uma rede elétrica mais robusta e confiável. De acordo com um novo relatório das Academias Nacionais de Ciências, Engenharia e Medicina , o impacto potencial da falta de modernização e expansão adequadas da rede elétrica apresenta as seguintes ameaças:
- Uma ameaça à transição bem-sucedida para energia sustentável.
- Capacidade de transmissão inadequada dificultaria a implantação de fontes renováveis, o que poderia levar a um aumento temporário nas emissões de combustíveis fósseis.
- Mais enfraquecimento os esforços da nação reduzir suas emissões globais pode impedir o alcance de suas metas de redução de emissões.
O professor Can Bayram afirmou: “Para atender a essas demandas de eletricidade e modernizar a rede elétrica, é muito importante que abandonemos os materiais convencionais, como o silício, e passemos a utilizar os novos materiais que estão sendo adotados atualmente, como o carboneto de silício e a próxima geração de semicondutores — materiais de banda proibida ultralarga —, como o nitreto de alumínio, o diamante e compostos relacionados.”
Oportunidades futuras
Os pesquisadores pretendem revolucionar os semicondutores com diamantes, criando um dispositivo que possa lidar com aplicações de alta potência e voltagem.
“Construímos um dispositivo eletrônico mais adequado para aplicações de alta potência e alta tensão para a futura rede elétrica e outras aplicações de energia. E construímos este dispositivo em um material de banda proibida ultralarga, o diamante sintético, que promete melhor eficiência e melhor desempenho do que os dispositivos da geração atual. Esperamos continuar otimizando este dispositivo e outras configurações para que possamos nos aproximar dos limites de desempenho do potencial do diamante como material”, acrescentou Zhuoran Han , estudante de pós-graduação e pesquisador neste experimento.
Fonte : Semicondutores de Próxima Geração: Dispositivo de Diamante Apresenta a Maior Tensão de Ruptura
