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  • El transistor electrónico que estabas esperando

    Crédito:Universidad de Buffalo Una imagen de microscopio óptico de una matriz del transistor. Las tres flechas oscuras son las sondas de aguja que hacen contacto con los terminales del transistor para la medición eléctrica. Crédito:Ke Zeng, Universidad de Buffalo

    ¿Cómo se acumula más potencia en un coche eléctrico?

    La respuesta puede ser transistores electrónicos hechos de óxido de galio, lo que podría permitir a los fabricantes de automóviles aumentar la producción de energía mientras mantienen los vehículos livianos y con un diseño aerodinámico.

    Un avance reciente, informado en la edición de septiembre de la revista Cartas de dispositivos electrónicos IEEE —Iustra cómo esta tecnología en evolución podría desempeñar un papel clave en la mejora de los vehículos eléctricos, energía solar y otras formas de energía renovable.

    "Para promover estas tecnologías, necesitamos nuevos componentes eléctricos con capacidades de manejo de energía mayores y más eficientes, "dice el autor principal del estudio, Uttam Singisetti, Doctor., profesor asociado de ingeniería eléctrica en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB. "El óxido de galio abre nuevas posibilidades que no podemos lograr con los semiconductores existentes".

    El material semiconductor más utilizado es el silicio. Durante años, los científicos han confiado en él para manipular mayores cantidades de energía en dispositivos electrónicos. Pero los científicos se están quedando sin formas de maximizar el silicio como semiconductor, por eso están explorando otros materiales como el carburo de silicio, nitruro de galio y óxido de galio.

    Mientras que el óxido de galio tiene mala conductividad térmica, su banda prohibida (aproximadamente 4,8 electronvoltios) excede la del carburo de silicio (aproximadamente 3,4 electronvoltios), nitruro de galio (aproximadamente 3,3 electronvoltios) y silicio (1,1 electronvoltios).

    Bandgap mide cuánta energía se requiere para sacudir un electrón a un estado de conducción. Los sistemas fabricados con material con banda prohibida alta pueden ser más delgados, más livianos y manejan más potencia que los sistemas que consisten en materiales con menor banda prohibida. También, la banda prohibida alta hace posible operar estos sistemas a temperaturas más altas, reduciendo la necesidad de sistemas de enfriamiento voluminosos.

    Singisetti y sus estudiantes (Ke Zeng y Abhishek Vaidya) fabricaron un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal (MOSFET) hecho de óxido de galio de 5 micrómetros de ancho. Una hoja de papel tiene aproximadamente 100 micrómetros de ancho.

    El transistor tiene un voltaje de ruptura de 1, 850 voltios, que duplica con creces el récord de un semiconductor de óxido de galio, dicen los investigadores. El voltaje de ruptura es la cantidad de electricidad requerida para transformar un material (en este caso, óxido de galio) de un aislante a un conductor. Cuanto mayor sea el voltaje de ruptura, cuanta más potencia pueda manejar el dispositivo.

    Debido al tamaño relativamente grande del transistor, no es ideal para teléfonos inteligentes y otros dispositivos pequeños, Dice Singisetti. Pero podría ser útil para regular el flujo de energía en operaciones a gran escala, como plantas de energía que recolectan energía solar y eólica, así como vehículos eléctricos, incluidos automóviles, trenes y aviones.

    "Hemos aumentado las capacidades de manejo de energía de los transistores agregando más silicio. Desafortunadamente, que añade más peso, lo que disminuye la eficiencia de estos dispositivos, ", Dice Singisetti." El óxido de galio puede permitirnos alcanzar, y eventualmente exceder, dispositivos basados ​​en silicio con menos materiales. Eso podría conducir a vehículos eléctricos más ligeros y de menor consumo de combustible ".

    Para que eso suceda sin embargo, se deben abordar algunos desafíos, él dice. En particular, Los sistemas a base de óxido de galio deben diseñarse de manera que superen la baja conductividad térmica de los materiales.


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