Des chercheurs de l’Université de Bristol ont découvert un moyen d’obtenir des systèmes de communication plus rapides et des appareils électroniques plus économes en énergie.
Cette nouvelle percée dans l’industrie électronique à haut rendement énergétique est en partie due à la découverte de la façon dont on peut mesurer à distance le champ électrique dans les dispositifs à semi-conducteurs. Le semi-conducteur est un matériau qui peut être utilisé dans des appareils, tels que le silicium.
Courant contrôlé
Aujourd’hui, les scientifiques sont en mesure d’expliquer comment quantifier avec précision ce champ électrique. Ce qui signifie que des appareils électroniques de puissance et de radiofréquence de nouvelle génération peuvent être développés. Des dispositifs potentiellement plus rapides, plus fiables et plus économes en énergie.
La conception de dispositifs semi-conducteurs peut se faire par essais et erreurs. Bien qu’elle soit plus généralement basée sur une simulation qui fournit ensuite la base de 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 conçus pour conduire des charges positives ou négatives. Ils peuvent donc être conçus pour moduler et manipuler le courant. Cependant, ces dispositifs semi-conducteurs ne s’arrêtent pas au Silicium, il en existe bien d’autres. Ces dispositifs semi-conducteurs, qui convertissent à titre d’exemple un courant alternatif d’une ligne électrique en un courant continu, entraînent une perte d’énergie sous forme de chaleur perdue. 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. Ce champ détermine le fonctionnement de cet appareil, sa durée de fonctionnement et sa qualité de fonctionnement. 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 », selon les scientifiques.
Un fonctionnement à une fréquence plus élevée
Pour fabriquer des appareils électroniques performants et durables à partir de ces nouveaux matériaux, il est important que les chercheurs trouvent la conception optimale. Pour ce faire, 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. Ces matériaux permettent effectivement un fonctionnement à une fréquence et à des tensions plus élevées. De sorte que de nouveaux circuits soient possibles qui réduisent les pertes d’énergie.
Ce travail 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, les voitures électriques, les trains et les avions.
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