4:00 ص
فيزياء الكم
Gallium nitride ، أشباه الموصلات التي أحدثت ثورة في إضاءة LED الموفرة للطاقة ، يمكن أن يحول أيضًا الإلكترونيات والاتصالات اللاسلكية ، وذلك بفضل اكتشاف قام به باحثون من Cornell.
تم نشر بحثهم الذي نشر في 26 سبتمبر في مجلة ساينس ، في عددها الصادر في 26 سبتمبر في مجلة "Science in the Gas 2-D Hole Gas المستحث في الاستقطاب في الآبار الكمومية لنيتريد الغاليوم."
كان السيليكون منذ فترة طويلة ملكًا لأشباه الموصلات ، لكنه لم يساعده كثيرًا. غالبًا ما يتم زيادة المادة النقية أو "تعاطيها" باستخدام شوائب مثل الفسفور أو البورون لتعزيز التدفق الحالي من خلال توفير شحنات سالبة (الإلكترونات) أو الشحنات الإيجابية ("الثقوب" ، وغياب الإلكترونات) حسب الحاجة.
في السنوات الأخيرة ، ظهرت عائلة أحدث وأكثر ثباتًا من مواد أشباه الموصلات المركبة التي تم تطويرها في المعمل: المجموعة الثالثة-نيتريدات. يحتوي كل من نيتريد الغاليوم (GaN) ونيتريد الألومنيوم (AlN) وسبائكهما على فجوة نطاق أوسع ، مما يتيح لهما تحمل قدر أكبر من الفولتية وترددات أعلى لنقل الطاقة بشكل أسرع وأكثر كفاءة.
"إن السيليكون جيد جدًا في إيقاف التشغيل والتحكم في تدفق الطاقة الكهربائية ، ولكن عندما تنقله إلى الفولتية العالية ، فإنه لا يعمل بشكل جيد للغاية لأن السيليكون لديه قوة كهربائية ضعيفة ، في حين أن GaN يمكن أن يحافظ على حقول كهربائية أعلى بكثير" ، قال ذلك. الكاتب المشارك الكبير ديديب جينا ، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات وعلوم وهندسة المواد "إذا كنت تقوم بكميات كبيرة جدًا من تحويل الطاقة ، فإن أشباه الموصلات واسعة النطاق مثل GaN وكربيد السيليكون هي الحلول".
بدلا من استخدام الشوائب ، دكتوراه قام الطالب ريت شودري ، المؤلف الرئيسي للورقة ، بتكديس طبقة رقيقة من الجاليوم GaN - تسمى البئر الكمومية - فوق بلورة AlN ، وقد وجد أن الاختلاف في هياكلها البلورية يولد كثافة عالية من الثقوب المتحركة. بالمقارنة مع تعاطي المغنيسيوم ، اكتشف الباحثون أن غاز الثنائي الأبعاد الناتج يجعل هياكل الجاليوم العظمية 10 مرات أكثر تقريبًا.
باستخدام بنية المواد الجديدة التي أنشأها تشودري ، مؤلف مشارك ودكتوراه أظهر الطالب صامويل جيمس بدر مؤخرًا بعض من أكثر ترانزيستورات GaN كفاءة من نوع p في مشروع تعاوني مع Intel. الآن بعد أن أصبح لدى الفريق القدرة على إنتاج ترنزستورات ذات قنوات ثقب - والتي تسمى p-type - يخططون لإقرانها بترانزستورات من النوع n لتشكيل دوائر أكثر تعقيدًا ، مما يفتح إمكانات جديدة في التبديل العالي الطاقة ، والتكنولوجيا الخلوية 5G والإلكترونيات الموفرة للطاقة ، بما في ذلك أجهزة شحن الهاتف والكمبيوتر المحمول.
"من الصعب جدًا في نفس الوقت تحقيق نوع n و p في أشباه الموصلات واسعة النطاق. في الوقت الحالي ، يعد كربيد السيليكون هو الآخر الوحيد الذي يحتوي على كلا GaN. لكن الإلكترونات المحمولة في كربيد السيليكون أكثر بطئًا من تلك الموجودة في GaN وقال هويلي جريس شينغ ، أحد كبار المؤلفين المشاركين ، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات وعلوم وهندسة المواد. "باستخدام هذه العمليات التكميلية الممكّنة من قِبل كلٍّ من أجهزة n-type و p-type ، يمكن بناء بنية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
ميزة أخرى للغاز ذي الفتحة ثنائية الأبعاد هي أن الموصلية تتحسن مع انخفاض درجة الحرارة ، مما يعني أن الباحثين سيكونون قادرين الآن على دراسة خصائص الجا إن آر الأساسية بطرق لم تكن ممكنة من قبل. نفس القدر من الأهمية هي قدرتها على الاحتفاظ بالطاقة التي من شأنها أن تضيع في أنظمة الطاقة أقل كفاءة.
تم تقديم طلب براءة الاختراع من خلال مركز ترخيص التكنولوجيا من أجل الاكتشاف.
ليست هناك تعليقات: