Nanotransistor baru tetap dingin pada voltase tinggi
Semiconductor

Nanotransistor baru tetap dingin pada voltase tinggi


Transistor yang dikembangkan oleh para peneliti EPFL secara substansial dapat mengurangi resistansi dan mengurangi jumlah pembuangan panas dalam sistem daya tinggi. Kredit: © EPFL

Konverter daya adalah sistem yang kurang dikenal yang membuat listrik begitu ajaib. Mereka adalah yang memungkinkan kita untuk menyambungkan komputer, lampu, dan televisi kita dan menyalakannya dalam sekejap. Pengonversi mengubah arus bolak-balik (AC) yang keluar dari soket dinding menjadi tingkat arus searah (DC) yang tepat yang dibutuhkan elektronik kita. Tetapi mereka juga cenderung kehilangan, rata-rata, hingga 20% energi mereka dalam proses tersebut.

Konverter daya bekerja dengan menggunakan transistor daya — komponen semikonduktor kecil yang dirancang untuk menghidupkan dan mematikan serta menahan tegangan tinggi. Merancang transistor daya baru untuk meningkatkan efisiensi konverter adalah tujuan tim insinyur EPFL. Dengan desain transistor yang sepenuhnya baru, berdasarkan aplikasi struktur nano yang berlawanan dengan intuisi untuk aplikasi tegangan tinggi, panas yang hilang jauh lebih sedikit selama proses konversi, membuat transistor sangat cocok untuk aplikasi daya tinggi seperti kendaraan listrik dan panel surya. Temuan mereka baru saja dipublikasikan di Nature Electronics.

Disipasi panas pada konverter disebabkan oleh hambatan listrik yang tinggi, di antara faktor-faktor lain, yang merupakan tantangan terbesar dalam perangkat elektronik daya. “Kami melihat contoh kehilangan daya listrik setiap hari, seperti saat pengisi daya laptop Anda panas,” kata Elison Matioli, salah satu penulis makalah dan kepala POWERlab EPFL.

Ini menjadi lebih dari masalah dalam aplikasi berdaya tinggi. “Semakin tinggi tegangan nominal komponen semikonduktor, semakin besar resistensinya,” tambahnya. Kehilangan daya memperpendek rentang kendaraan listrik, misalnya, dan mengurangi efisiensi sistem energi terbarukan.

Matioli, bersama dengan gelar Ph.D. Luca Nela dan timnya, telah mengembangkan transistor yang secara substansial dapat mengurangi resistansi dan memotong jumlah pembuangan panas dalam sistem daya tinggi. Lebih khusus lagi, ia memiliki resistansi kurang dari setengah dari transistor konvensional, sambil menahan tegangan lebih dari 1.000 V. Teknologi EPFL menggabungkan dua inovasi utama.

Yang pertama melibatkan pembangunan beberapa saluran konduktif ke dalam komponen untuk mendistribusikan aliran arus — seperti jalur baru yang ditambahkan ke jalan raya untuk memungkinkan lalu lintas mengalir lebih lancar dan mencegah kemacetan lalu lintas. “Desain multi-saluran kami membagi aliran arus, mengurangi hambatan dan panas berlebih,” kata Nela.

Inovasi kedua melibatkan penggunaan kawat nano yang terbuat dari galium nitrida, bahan semikonduktor yang ideal untuk aplikasi daya. Kabel nano sudah digunakan dalam chip berdaya rendah, seperti pada smartphone dan laptop, bukan pada aplikasi tegangan tinggi. POWERlab mendemonstrasikan kawat nano dengan diameter 15 nm dan struktur mirip corong unik yang memungkinkannya mendukung medan listrik tinggi, dan voltase lebih dari 1.000 V tanpa rusak.

Berkat kombinasi dari dua inovasi ini — desain multi-saluran yang memungkinkan lebih banyak elektron mengalir, dan struktur corong yang meningkatkan resistansi kawat nano — transistor dapat memberikan efisiensi konversi yang lebih besar dalam sistem daya tinggi. “Prototipe yang kami buat menggunakan kawat nano miring memiliki kinerja dua kali lebih baik daripada perangkat daya GaN terbaik dalam literatur,” kata Matioli.

Sementara teknologi para insinyur masih dalam tahap percobaan, seharusnya tidak ada kendala besar untuk produksi skala besar. “Menambahkan lebih banyak saluran adalah masalah yang cukup sepele, dan diameter kawat nano kami dua kali lebih besar dari transistor kecil yang dibuat oleh Intel,” kata Matioli. Tim telah mengajukan beberapa paten atas penemuan mereka.

Permintaan akan chip yang dapat bekerja secara efisien pada voltase tinggi diatur untuk booming karena kendaraan listrik menjadi lebih banyak digunakan, karena chip yang lebih efisien diterjemahkan secara langsung ke dalam jarak yang lebih jauh. Beberapa pabrikan besar telah menyatakan minatnya untuk bekerja sama dengan Matioli untuk mengembangkan teknologi ini lebih lanjut.


Pendinginan terintegrasi transistor untuk chip yang lebih bertenaga


Informasi lebih lanjut:
Perangkat kawat nano multi-saluran untuk konversi daya yang efisien, Nature Electronics (2021). dx.doi.org/10.1038/s41928-021-00550-8

Disediakan oleh Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Kutipan: Nanotransistor baru tetap dingin pada voltase tinggi (2021, 25 Maret) diambil 25 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-nanotransistors-cool-high-voltages.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/