نانوترانزیستور‌های جدید اتلاف گرمای سیستم‌های پرمصرف را کاهش می‌دهند

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، مبدل‌های برق سیستم‌هایی هستند که کمتر شناخته شده‌اند. آن‌ها همان قطعاتی هستند که به ما امکان می‌دهند کامپیوترها، لامپ‌ها و تلویزیون‌های خود را به برق متصل کرده و در یک لحظه روشن کنیم. این مبدل‌ها جریان متناوب (AC) را که از پریز‌های دیوار خارج می‌شود، به سطح دقیق جریان مستقیم (DC) مورد نیاز ادوات الکترونیکی تبدیل می‌کنند. اما آن‌ها تمایل دارند که به‌طور متوسط تا ۲۰ درصد از انرژی خود را در این روند از دست بدهند.

مبدل‌های برق با استفاده از ترانزیستور‌ها کار می‌کنند، طراحی ترانزیستور‌های جدید برای بهبود کارایی مبدل‌ها، هدف تیم مهندسان EPFL است.

با طراحی کاملاً جدید ترانزیستور و استفاده از فناوری نانو، محققان به دنبال ارائه ترانزیستور‌هایی برای کاربرد‌های ولتاژ بالا هستند که در عین حال گرمای بسیار کمتری در طی فرایند تبدیل تولید کنند و این ترانزیستور‌ها به ویژه برای کاربرد‌های با توان بالا مانند وسایل نقلیه الکتریکی و صفحات خورشیدی مناسب هستند.


اتلاف گرما در مبدل‌ها به‌دلیل مقاومت الکتریکی بالا و سایر عوامل ایجاد می‌شود که بزرگترین چالش در دستگاه‌های الکترونیکی است. الیسون ماتیولی، نویسنده مقاله و رئیس POWERlab از EPFL، می‌گوید: «ما هر روز نمونه‌هایی از اتلاف برق را می‌بینیم؛ به‌عنوان مثال، وقتی شارژر لپ‌تاپ شما گرم می‌شود. هرچه ولتاژ اجزای نیمه‌هادی بیشتر باشد، مقاومت آن بیشتر خواهد بود.»

ماتیولی، به همراه دانشجوی دکترای خود، لوکا نلا و تیم تحقیقاتی خود، یک ترانزیستور جدید ساخته‌اند که می‌تواند مقاومت را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و میزان اتلاف گرما را در سیستم‌های با توان بالا کاهش دهد. به‌طور دقیق‌تر، مقاومت این ترانزیستور نانویی کمتر از نصف ترانزیستور‌های معمولی است، در حالی که ولتاژ‌های بیش از ۱۰۰۰ ولت را در خود نگه می‌دارد.

فناوری EPFL شامل دو نوآوری کلیدی است. اولین مورد شامل ایجاد چندین کانال رسانا درون این ترانزیستور به‌منظور توزیع جریان است. نوآوری دوم شامل استفاده از نانوسیم‌های ساخته شده از نیترید گالیم، ماده‌ای نیمه‌رسانا و ایده‌آل برای کاربرد‌های برق است. نانوسیم‌ها قبلاً در تراشه‌های کم مصرف مانند تلفن‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها و نه در کاربرد‌های با ولتاژ بالا استفاده می‌شدند.

POWERlab نانوسیم‌هایی با قطر ۱۵ نانومتر و ساختاری منحصر به فرد مانند قیف را برای پشتیبانی از میدان‌های الکتریکی بالا و ولتاژ‌های بیش از ۱۰۰۰ ولت طراحی و تولید کرد. این طراحی جدید به محققان اجازه می‌دهد تا الکترون‌های بیشتری را درون ترانزیستور به حرکت در آورند. ترانزیستور‌ها با استفاده از این دو نوآوری، می‌توانند بازده تبدیل بیشتری را فراهم کنند.