نوروز 96

ابزار الکترونیکی ارزان و کارآمد با فرستنده‌های جدید

ماده‌ای موسوم به نیتریت گالیم (GaN) قرار است در آینده به نیمه‌رسانایی جدید برای نیرودهی ابزار الکترونیکی تبدیل شود و در مقایسه با سیلیکون از کارآیی بالاتری برخوردار خواهد بود.



به گزارش سرویس علمی ایسنا، دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) اعلام کرده‌اند تا سال 2025 نسل جدیدی از فرستنده‌های GaN و مدارهای الکترونیکی نیرودهی‌کننده، مصرف انرژی برق را در مراکز داده‌، خودروهای الکتریکی و ابزار مصرفی تا 10 یا 20 درصد در سراسر دنیا کاهش خواهد داد.

بسیاری از این سیستم‌های الکترونیکی نیرودهی‌کننده در حال حاضر به فرستنده‌های سیلیکونی متکی‌اند که این فرستنده‌ها می‌توانند برای تنظیم ولتاژ فعال و غیرفعال شوند اما به دلیل محدودیت‌های سرعت و مقاومت، انرژی را در شکل گرما هدر می‌دهند.

فرستنده‌های GaN یک دهم مقاومت فرستنده‌های سلیکونی را دارند و این امر موجب افزایش کارآیی آن‌ها از لحاظ انرژی می‌شود.

با این حال، گرچه فرستنده‌های GaN مزیت‌های فراوانی در مقایسه با سیلیکون‌ دارند، ضعف ایمنی و شیوه‌های تولید پرهزینه آن‌ها مانع از تجاری‌شدن‌شان شده و دانشمندان حاضر در این تحقیق به دنبال فائق‌آمدن بر این نقطه‌ضعف‌ها بودند.

فرستنده‌های نیرودهی‌کننده طوری طراحی شده‌اند که زمانی که فعال‌ هستند، امکان عبور جریان‌های بالای برق را فراهم کنند و زمانی که غیرفعال‌اند ولتاژ بالا را مسدود کنند. اما فرستنده‌های GaN به طور معمول فعال هستند و این بدین معناست که آن‌ها همواره امکان عبور جریان برق را فراهم می‌کنند.

دانشمندان فرستنده‌های جدید را با اصلاح ماده GaN به کاررفته در ساخت آن‌ها طوری طراحی کردند که در حالت عادی غیرفعال باشند. در واقع می‌توان با افزودن ناخالصی‌ها و عناصر دیگری به GaN، ویژگی‌های ماده را تغییر داد.

برای کاهش هزینه‌های تولید نیز محققان فناوری‌های ساخت جدیدی ارائه داده‌اند که شامل حذف فلزهای طلای به کاررفته در ابزار تولیدکننده GaN و جایگزین‌کردن فلزاتی است که با ساختار سیلیکون سازگارپذیر بوده و شیوه‌هایی را برای انباشت GaN در ویفرهای بزرگ مورداستفاده در سیلیکون ارائه دهند.

از مزیت‌های ماده جدید برای ساخت فرستنده‌ها می‌توان به نیرودهی‌کردن بیشتر ابزار الکترونیکی برای مراکز داده گوگل، آمازون و دیگر شرکت‌ها یاد کرد.

در حال حاضر، این مراکز داده تا دو درصد برق ایالات متحده مصرف می‌کنند، اما ابزار الکترونیکی مبتنی بر GaN می‌توانند کسر بزرگی از این میزان را صرفه‌جویی کنند.

منبع :