Även om en diamant kan vara en flickas bästa vän, kan den också vara nyckeln till att upprätthålla samhällets elektrifiering. Forskare revolutionerar halvledare med diamanter, och den här enheten har stor potential. Den har den lägsta läckströmmen och den högsta genombrottsspänningen. Denna enhet förväntas uppnå målet om koldioxidneutralitet år 2050.
Forskare vid University of Illinois Urbana-Champaign har konstruerade en halvledarkomponent med hjälp av diamantDen visar upp högsta genombrottsspänning och lägsta läckström någonsin rapporterats för diamantanordningar. Denna utveckling banar väg för utbyggnaden av effektivare tekniker som krävs för världens övergång till förnybar energi.
Denna forskning visar den anmärkningsvärda uthålligheten hos deras diamantanordning. Den visar att den kan hantera en otroligt hög högspänning på cirka 5 kVDenna spänningsbegränsning härrör från mätuppställningen snarare än själva enheten, vilket antyder en ännu större potential. I teorin kan deras enhet hålla runt 9 kVoch slår alla tidigare rekord för diamantmaskiner. Den anmärkningsvärt låga läckströmmen ökar inte bara maskinens totala effektivitet utan förbättrar även dess tillförlitlighet.
Fördelar med Diamond Semiconductors
I jämförelse med konventionella halvledare Material som kisel och diamant säkerställer att det inte sker några kompromisser med den elektriska prestandan. Diamant är en anmärkningsvärd halvledare och diamantbaserade halvledarkomponenter har följande egenskaper:
- Hög värmeledningsförmåga
- Bra värmeledare
- Den kan fungera vid betydligt högre spänningar och strömmar
- Den använder mindre material samtidigt som den effektivt avleder värme
- Den har en exceptionell minskning av läckström.
Kan Bayram, professor i elektroteknik och datateknik är leder forskningen, sa, ”För att ha ett elnät där man behöver hög ström och hög spänning, vilket gör allt mer effektivt för tillämpningar som solpaneler och vindkraftverk, behöver vi en teknik som inte har någon termisk gräns. Det är där diamant kommer in i bilden.”
Diamanter är i huvudsak gjorda av kol, en riklig resurs. Det är gångbart att syntetisera konstgjorda diamanter på veckor istället för miljarder år. Dessutom producerar denna process avsevärt färre koldioxidutsläpp – cirka 100 gånger mindreSå, genom att revolutionera halvledare med diamanter, kan forskare minska utsläppen i båda ändar.
Framsteg inom halvledare
Kisel används vanligtvis vid tillverkning av halvledare, och de har hittills uppfyllt energikraven.
Men enligt professor Byram, ”Vi vill se till att vi har tillräckligt med resurser för alla, samtidigt som våra behov förändras. Just nu använder vi mer och mer bandbredd, vi skapar mer data (som också kommer med mer lagring), och vi använder mer kraft, mer elektricitet och mer energi generellt. Frågan är: finns det ett sätt att göra allt detta mer effektivt, snarare än att generera mer energi och bygga fler kraftverk?”
Det växande behovet av makt
För närvarande uppskattas strömförsörjningsenheter till kontrollera 50% av världens elektricitet. Det beräknas att detta antal kommer att stiga till 80 % på mindre än 10 år. Dessutom förväntas efterfrågan på el öka med 50% av 2050.
För att uppnå det globala målet om koldioxidneutralitet år 2050 är ett radikalt skifte inom elektroniska material avgörande. Först då kan ett mer robust och pålitligt elnät etableras. Enligt en ny rapport från National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, den potentiella effekten av att inte ordentligt hantera moderniseringen och utbyggnaden av elnätet utgör följande hot:
- Ett hot mot den framgångsrika övergången till hållbar energi.
- Otillräcklig överföringskapacitet skulle hindra utbyggnaden av förnybara källor, vilket potentiellt skulle leda till en tillfällig ökning av utsläppen av fossila bränslen.
- Ytterligare undergrävning nationens ansträngningar Att minska sina totala utsläpp kan hindra uppnåendet av dess utsläppsminskningsmål.
Professor Can Bayram sade, ”För att möta dessa elbehov och modernisera elnätet är det mycket viktigt att vi går bort från konventionella material, som kisel, till de nya material som vi ser tas i bruk idag, som kiselkarbid och nästa generations halvledare – material med ultrabrett bandgap – såsom aluminiumnitrid, diamant och relaterade föreningar.”
Kommande möjligheter
Forskare siktar på att revolutionera halvledare med diamanter genom att skapa en anordning som kan hantera höga effekt- och spänningstillämpningar.
”Vi byggde en elektronisk anordning som är bättre lämpad för högeffekts- och högspänningstillämpningar för framtidens elnät och andra krafttillämpningar. Och vi byggde den här enheten på ett material med ultrabrett bandgap, syntetisk diamant, vilket lovar bättre effektivitet och prestanda än nuvarande generationens enheter. Förhoppningsvis kommer vi att fortsätta optimera den här enheten och andra konfigurationer så att vi kan närma oss prestandagränserna för diamantens materialpotential.” Zhuoran Han, tillade doktoranden och forskaren i detta experiment.
Källa: Nästa generations halvledare: Diamantkomponent visar högsta genombrottsspänning
