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 Urbana-Champaign têm projetou um dispositivo semicondutor utilizando diamante. Ele exibe o maior tensão de ruptura e menor corrente de fuga já relatado para dispositivos de diamante. Este desenvolvimento abre caminho para a implantação de tecnologias mais eficientes necessárias para a transição do mundo para energias renováveis.
Esta pesquisa mostra a notável resistência de seu dispositivo de diamante. Ela mostra que ele é capaz de lidar com uma quantidade surpreendentemente alta tensão de aproximadamente 5 kV. Essa limitação de voltagem decorre da configuração de medição e não do próprio dispositivo, sugerindo um potencial ainda maior. Em teoria, seu dispositivo pode sustentar em torno de 9 kV, quebrando todos os recordes anteriores de dispositivos de diamante. A corrente de fuga notavelmente baixa não só aumenta a eficiência geral do dispositivo, mas também melhora sua confiabilidade.
Vantagens dos semicondutores de diamante
Em comparação com o convencional Semicondutor materiais como silício, diamante garante que não haja comprometimento no desempenho elétrico. O diamante é um semicondutor notável e os dispositivos semicondutores de diamante incluem os seguintes recursos:
- 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.
Pode Bayram, professor de engenharia elétrica e de computação é liderando a pesquisa, disse, “Para ter uma rede elétrica onde você precisa de alta corrente e alta voltagem, o que torna tudo mais eficiente para aplicações como painéis solares e turbinas eólicas, então precisamos de uma tecnologia que não tenha limite térmico. É aí que o diamante entra.”
Os diamantes são essencialmente feitos de carbono, um recurso abundante. É viável para 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. Então, 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 ter certeza de que temos recursos suficientes para todos, enquanto nossas necessidades estão evoluindo. Agora mesmo, estamos usando mais e mais largura de banda, estamos criando mais dados (que também vêm com mais armazenamento) e estamos usando mais potência, mais eletricidade e mais energia em geral. A questão é: há uma maneira de tornar tudo isso mais eficiente, em vez de gerar mais energia e construir mais usinas de energia?”
A crescente necessidade de energia
Atualmente, estima-se que os dispositivos de energia verifique 50% da eletricidade do mundo. Projeta-se que esse número será subir para 80% em menos de 10 anos. Além disso, espera-se que a demanda por eletricidade aumente em 50% por 2050.
Para atingir o objetivo global de neutralidade de carbono até 2050, uma mudança radical nos materiais eletrônicos é essencial. Somente então uma rede elétrica mais robusta e confiável será estabelecida. De acordo com um novo relatório das Academias Nacionais de Ciências, Engenharia e Medicina, o impacto potencial de não abordar adequadamente a modernização e expansão da rede elétrica representa 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 disse: “Para atender a essas demandas de eletricidade e modernizar a rede elétrica, é muito importante que nos afastemos dos materiais convencionais, como o silício, para os novos materiais que estamos vendo sendo adotados hoje, como o carboneto de silício e a próxima geração de semicondutores — materiais de banda ultralarga — como nitreto de alumínio, 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 esse dispositivo em um material de banda ultralarga, diamante sintético, que promete melhor eficiência e melhor desempenho do que os dispositivos da geração atual. Esperançosamente, continuaremos otimizando esse dispositivo e outras configurações para que possamos nos aproximar dos limites de desempenho do potencial material do diamante,” Zhuoran Han, acrescentou o estudante de pós-graduação e pesquisador deste experimento.
fonte: Semicondutores de próxima geração: dispositivo de diamante apresenta a maior tensão de ruptura
