Des chercheurs de l’Université de Bristol ont découvert une méthode qui permettra des systèmes de communication plus rapides et une meilleure électronique à économie d’énergie.
La percée a été faite en établissant pour la première fois comment mesurer à distance le champ électrique à l’intérieur d’un dispositif semi-conducteur. Un semi-conducteur est un matériau, tel que le silicium, qui peut être utilisé dans des appareils électroniques pour contrôler le courant électrique.
Or, dans cette nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans Nature Électronique, les scientifiques expliquent comment quantifier avec précision ce champ électrique, ce qui signifie que la prochaine génération d’appareils électroniques d’alimentation et de radiofréquence peut être développé qui a le potentiel d’être plus rapide et plus fiable, ainsi que plus économes en énergie.
La conception de dispositifs semi-conducteurs peut se faire par essais et erreurs, bien que le plus souvent elle soit basée sur une simulation de dispositif qui fournit ensuite la base pour la fabrication des dispositifs semi-conducteurs pour des applications réelles. Lorsqu’il s’agit de matériaux semi-conducteurs nouveaux et émergents, on ignore souvent à quel point ces simulations sont précises et correctes.
Le professeur Martin Kuball de l’École de physique de l’Université de Bristol a déclaré : « Les semi-conducteurs peuvent être amenés à conduire des charges positives ou négatives et peuvent donc être conçus pour moduler et manipuler le courant. Cependant, ces dispositifs à semi-conducteurs ne s’arrêtent pas au silicium, il y en a beaucoup d’autres. y compris le nitrure de gallium (utilisé dans les LED bleues par exemple).Ces dispositifs à semi-conducteurs, qui convertissent par exemple un courant alternatif d’une ligne électrique en un courant continu, entraînent une perte d’énergie sous forme de chaleur perdue – regardez votre ordinateur portable par exemple, la brique d’alimentation devient chaude ou même chaude. Si nous pouvions améliorer l’efficacité et réduire cette chaleur perdue, nous économiserions de l’énergie.
« On applique une tension à un appareil électronique et, par conséquent, un courant de sortie est utilisé dans l’application. À l’intérieur de cet appareil électronique se trouve un champ électrique qui détermine le fonctionnement de cet appareil, sa durée de fonctionnement et sa qualité de fonctionnement. est. Personne ne pouvait réellement mesurer ce champ électrique, si fondamental pour le fonctionnement de l’appareil. On s’est toujours appuyé sur une simulation à laquelle il est difficile de faire confiance à moins que vous ne puissiez réellement tester sa précision. «
Pour fabriquer des appareils électroniques performants et durables à partir de ces nouveaux matériaux, il est important que les chercheurs trouvent la conception optimale, où les champs électriques ne dépassent pas la valeur critique qui entraînerait leur dégradation ou leur défaillance. Les experts prévoient d’utiliser des matériaux émergents tels que le nitrure de gallium et l’oxyde de gallium plutôt que le silicium, permettant un fonctionnement à une fréquence et à des tensions plus élevées, respectivement, de sorte que de nouveaux circuits soient possibles qui réduisent les pertes d’énergie. Ce travail publié par le groupe de l’Université de Bristol fournira un outil optique permettant la mesure directe du champ électrique au sein de ces nouveaux dispositifs. Cela soutiendra l’électronique de puissance à l’avenir efficace dans des applications telles que les stations solaires ou éoliennes alimentant le réseau national, les voitures électriques, les trains et les avions. La réduction des pertes d’énergie signifie que les sociétés n’ont pas besoin de produire autant d’énergie en premier lieu.
Le professeur Kuball a déclaré : « Considérant que ces appareils fonctionnent à des tensions plus élevées, cela signifie également que les champs électriques dans les appareils sont plus élevés, ce qui signifie qu’ils peuvent tomber en panne plus facilement. La nouvelle technique que nous avons développée nous permet de quantifier les champs électriques dans les appareils. , permettant un étalonnage précis des simulations d’appareils qui, à leur tour, conçoivent les appareils électroniques de sorte que les champs électriques ne dépassent pas les limites critiques et échouent. »
Le professeur Kuball et son équipe prévoient de travailler avec des acteurs industriels clés pour appliquer la technique afin de faire progresser la technologie de leurs appareils. Dans un contexte universitaire, ils s’engageront avec des partenaires au sein du centre ULTRA du département américain de l’énergie (DOE) de 12 millions de dollars, auquel ils sont associés, pour utiliser cette technique afin de faire de la technologie des dispositifs à bande interdite ultra-large une réalité, permettant des économies d’énergie supérieures à 10 % dans le monde.
« Ce développement aide le Royaume-Uni et le monde à développer des dispositifs semi-conducteurs à économie d’énergie, ce qui est un pas vers une société neutre en carbone », a-t-il ajouté.
La technique a été développée dans le cadre d’un projet du Conseil de recherches en génie et en sciences physiques (EPSRC).
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Université de Bristol. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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