Criado transístor que suporta 8.000 volts

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Se, de um lado, exige-se transistores capazes de funcionar com tensões elétricas cada vez menores, para consumir menos energia, do outro, aplicações de alta potência exigem transistores com esteroides, capazes de operar em tensões muito elevadas.

A aplicação que mais se tem em vista neste segundo caso são os carros elétricos e aviões elétricos, mas mesmo veículos mais tradicionais, como locomotivas e navios, além de inúmeras aplicações industriais, estão exigindo cada vez mais da chamada “eletrônica de potência”.

“Para realmente impulsionar essas tecnologias para o futuro, precisamos de componentes eletrônicos de próxima geração, que possam lidar com maiores cargas de energia sem aumentar o tamanho dos sistemas eletrônicos de potência,” disse Uttam Singisetti, da Universidade de Buffalo, nos EUA.

Para atender a essas necessidades, Singesetti acaba de criar um transístor capaz de suportar nada menos do que 8.000 volts, o suficiente para torrar qualquer circuito eletrônico tradicional.

Intervalo de banda dos semicondutores

Para isso, ele conseguiu tirar proveito da largura do “intervalo de banda” (bandgap) do semicondutor óxido de gálio.

O intervalo de banda mede quanta energia é necessária para colocar um elétron em um estado condutor. Os sistemas feitos com materiais com grande largura de banda podem ser mais finos, mais leves e controlam mais energia do que os sistemas feitos de materiais com larguras de banda mais baixas.

O intervalo de banda do óxido de gálio é de cerca de 4,8 elétron-volts, o que o coloca entre um grupo de elite de materiais considerados com um intervalo de banda ultra-amplo. Para comparação, ele excede largamente o silício (1,1 elétron-volts), o material mais comum na eletrônica de potência, bem como seus possíveis substitutos, como o carboneto de silício (3,4 elétron-volts) e o nitreto de gálio (cerca de 3,3 elétron-volts).

Passivação

Uma inovação importante no novo transístor gira em torno da passivação, que é um processo químico que envolve o revestimento do componente para reduzir a reatividade química da sua superfície. Para isso, Singisetti adicionou uma camada de SU-8, um polímero à base de epóxi comumente usado em microeletrônica.

Simulações feitas pela equipe sugerem que o transístor possui uma força de campo de mais de 10 milhões de volts (ou 10 megavolts) por centímetro – a intensidade do campo mede a força de uma onda eletromagnética em um determinado ponto e, eventualmente, determina o tamanho e o peso dos sistemas eletrônicos de potência.

“Essas forças de campo simuladas são impressionantes. No entanto, elas precisam ser verificadas por medições experimentais diretas,” disse Singisetti, acrescentando que espera fazer isso logo após o fim da pandemia de covid-19.

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