O nitreto de gálio: firme candidato para a eletrónica moderna - Notícia INMESOL
O nitreto de gálio: firme candidato para a eletrónica moderna
O Departamento de Energia dos EUA derivou 70 milhões de dólares para a sua investigação
Adotar este material para a eletrónica de iluminação e energia poderia reduzir o consumo mundial de energia em 25 %
A Universidade de Cambridge e o Instituto Tecnológico de Massachusetts criaram grupos de investigação específicos para explorar suas aplicações eletrónicas
A partir do momento em que, a meados do século passado, descobriu-se que os materiais semicondutores poderiam ser utilizados na fabricação de dispositivos eletrónicos, ocorreu uma verdadeira revolução tecnológica no campo das aplicações eletrónicas que significou um "salto" para a sociedade. Além do silício e do grafeno (sobre os que já publicámos dois longos artigos neste blog), outro dos materiais "estrela" é o nitreto de gálio (GaN).
Os melhores centros de pesquisa se voltaram para o seu estudo
A Universidade de Cambridge criou um centro destinado à sua pesquisa (The Cambridge Centre for Gallium Nitride), consciente de que este semicondutor será um material chave para a próxima geração de transístores de alta frequência e alta potência, capazes de funcionar em altas temperaturas. Esta é apenas uma das áreas de investigação do centro, já que estão a abrir outras várias em colaboração com universidades e indústrias de todo o mundo.
Fotografia: Bryce Vickmark (Web do MIT).
O Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) também está a investir muitos recursos no seu estudo. Tomás Palacios – principal investigador dos Laboratórios de Tecnologia de Microssistemas do Instituto – realizou sua tese de doutorado precisamente sobre o nitreto de gálio, um dos três materiais que ele denomina "extremos" e que pesquisa com seu grupo de trabalho (os demais materiais são o grafeno e materiais de duas dimensões, cristais com poucos átomos de espessura). O objetivo da equipa é desenvolver aplicações para a eletrónica que passem os limites da ciência básica e gerem tecnologia e produtos para a sociedade.
O nitreto de gálio suporta até 10 vezes maior voltagem do que o silício
Tal como explica o próprio Palacios (um jovem, brilhante e premiado científico espanhol nascido na Andaluzia) na página web do Instituto, o nitreto de gálio é um material "extremo" porque é capaz de suportar 10 vezes mais voltagem do que o silício, que constitui a base da maioria de dispositivos eletrónicos atuais. Devido a esta característica, se destaca como excelente candidato para novos tipos de transformadores (dispositivos eletrónicos de potência), como os utilizados nas redes elétricas para converter os 110 vóltios em voltagens inferiores ou superiores.
Imagem: página web da Universidade de Cambridge. O nitreto de gálio é uma combinação binária de semicondutores do III/V com uma banda proibida direta obtida a usar em díodos emissores de luz a partir dos anos noventa (Wikipédia).
Devido à sua alta tolerância às altas voltagens, o nitreto de gálio poderia permitir criar dispositivos eletrónicos que funcionem a uma frequência muito maior do que a atual. Por exemplo, nossos telemóveis operam a uns quantos gigahertz (GHz) e alguns sistemas sem fio funcionam a 20, 30 ou 40 GHz. O nitreto de gálio "admitiria" multiplicar estas frequências centenas de vezes, inclusive a alcançar os Tera-hertz. De facto, um protótipo já foi desenvolvido e foi qualificado como um dos mais rápidos do mundo.
EUA investe 70 milhões de dólares na sua investigação
No passado mês de maio, o Departamento de Energia dos EUA (DOE) anunciou que destinaria 140 milhões de dólares à pesquisa de sistemas eletrónicos de potência. A metade deste orçamento se dedicará a continuar a estudar o nitreto de gálio e suas aplicações. Durante sua declaração, o DOE citou um estudo no qual o uso do nitreto de gálio, tanto em iluminação como em transformadores, poderia reduzir em 25 % o consumo de energia mundial.
O LED que utiliza GaN dominará o mercado
Os nitretos possibilitaram também o aumento da faixa de funcionamento do LED e dos díodos de laser até o ultravioleta, o que abriu novos caminhos para os setores de iluminação, telecomunicações e para a eletrónica de consumo.
As torres de iluminação transportáveis de Inmesol utilizam LED.
De acordo com uma interessante e abrangente monografia publicada pelo Ministério de Defesa de Espanha (Tecnologias de semicondutores GaN e SIC), é bastante provável que por volta do ano 2025 o LED baseado em GaN domine o mercado e até mesmo substitua a tecnologia tradicional de lâmpadas incandescentes.