Comparación de la estructura de bandas de GaAs y Si y oscilación inducida por NDR en un diodo Gunn. Estructuras de bandas de (a) Arseniuro de galio con banda prohibida directa. Las subbandas directas e indirectas se denominan Γ y L valle, respectivamente. La compensación de energía es de 300 meV. (b) Resistencia diferencial negativa (NDR) para GaAs como resultado de la caída de velocidad de los electrones que migraron a la banda de alta masa efectiva (L). El NDR emanó de una gran proporción de masa efectiva de subbanda de conducción indirecta a directa, que es de aproximadamente 100 para GaAs. (c) La red eléctrica muestra cómo compensar la pérdida de un resonador LC eléctrico usando un diodo Gunn con NDR da como resultado una oscilación perpetua en las frecuencias de microondas. (d) Estructura de banda de silicio a granel con más de 1 eV de compensación entre los valles Γ y Χ, lo que explica por qué no hay NDR en el silicio a granel. (e) El segundo tipo de oscilación de Gunn (intrínseca) es el resultado de la formación auto-repetida de sándwich de acumulación / agotamiento dentro del material a granel que se mueve con velocidad de deriva saturada de cátodo a ánodo. Crédito: Informes científicos (2018). DOI:10.1038 / s41598-018-24387-y
Los investigadores que utilizan supercomputadoras potentes han encontrado una forma de generar microondas con silicio económico, un avance que podría reducir drásticamente los costos y mejorar dispositivos como sensores en vehículos autónomos.
"Hasta ahora, esto se consideró imposible, "dijo C.R. Selvakumar, un profesor de ingeniería en la Universidad de Waterloo que propuso el concepto hace varios años.
Las microondas de alta frecuencia transportan señales en una amplia gama de dispositivos, incluidas las unidades de radar que utiliza la policía para detectar a los que conducen a exceso de velocidad y los sistemas para evitar colisiones en los automóviles.
Las microondas generalmente se generan mediante dispositivos llamados diodos Gunn, que aprovechan las propiedades únicas de materiales semiconductores costosos y tóxicos como el arseniuro de galio.
Cuando se aplica voltaje al arseniuro de galio y luego se aumenta, la corriente eléctrica que lo atraviesa también aumenta, pero solo hasta cierto punto. Más allá de ese punto, la corriente disminuye, una rareza conocida como efecto Gunn que resulta en la emisión de microondas.
Investigador principal Daryoush Shiri, un ex estudiante de doctorado de Waterloo que ahora trabaja en la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia, utilizó la nanotecnología computacional para demostrar que se podría lograr el mismo efecto con el silicio.
La segunda sustancia más abundante en la tierra, sería mucho más fácil trabajar con silicio para la fabricación y cuesta alrededor de una vigésima parte del arseniuro de galio.
La nueva tecnología involucra nanocables de silicio tan pequeños que se necesitarían 100, 000 de ellos agrupados para igualar el grosor de un cabello humano.
Los modelos informáticos complejos mostraron que si los nanocables de silicio se estiraban a medida que se les aplicaba voltaje, el efecto Gunn, y por tanto la emisión de microondas, podría ser inducido.
"Con la llegada de nuevos métodos de nanofabricación, ahora es fácil moldear silicio a granel en formas de nanocables y usarlo para este propósito, "dijo Shiri.
Selvakumar dijo que el trabajo teórico es el primer paso en un proceso de desarrollo que podría conducir a un proceso mucho más económico, dispositivos más flexibles para la generación de microondas.
El mecanismo de estiramiento también podría actuar como un interruptor para activar y desactivar el efecto, o variar la frecuencia de las microondas para una gran cantidad de aplicaciones nuevas que aún no se han imaginado.
"Este es sólo el comienzo, "dijo Selvakumar, profesor de ingeniería eléctrica e informática. "Ahora veremos a dónde va, cómo se ramificará ".
Shiri también colaboró con los investigadores Amit Verma, Reza Nekovei, Andreas Isacsson y M.P. Anantram en universidades de Estados Unidos y Suecia.
Su trabajo fue publicado recientemente en la revista Informes científicos .
