Los ingenieros de Cambridge desarrollaron transistores IGZO de potencia ultrabaja

Investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado un nuevo transistor hecho de películas delgadas de indio, galio y óxido de zinc , que funciona con energía del medio ambiente. El diseño único del transistor permitirá que los dispositivos funcionen sin batería durante varios meses o incluso años. Dicha tecnología abre amplias perspectivas para el desarrollo de dispositivos electrónicos portátiles o implantables. Los científicos presentaron los resultados de su trabajo en la revista Science el 21 de octubre de 2016.

“Esto conducirá a un nuevo modelo de diseño para sensores de potencia ultrabaja para interfaces táctiles y procesamiento de señales analógicas en dispositivos portátiles e implantables. Todos ellos son críticamente importantes para la Internet de las cosas ", dijo Arokia Nathan, profesora de ciencias técnicas, uno de los autores del estudio.

El indio, el galio y el óxido de zinc (IGZO), que constituye un nuevo desarrollo de los ingenieros de Cambridge, es un material semiconductor que se utiliza para crear transistores de película delgada. Desde 2012, estos transistores se han utilizado en algunas pantallas planas, teléfonos inteligentes y tabletas. Hasta ahora, los transistores IGZO no se habían puesto en producción en masa debido a un equipo costoso y un proceso bastante largo de creación de una sola muestra. Es posible que la tecnología que se utilizó para crear la muestra "Cambridge" requiera un costo menor.

Los transistores IGZO funcionan como una computadora en modo de suspensión. El nuevo transistor es alimentado por las corrientes de fuga más pequeñas cerca del estado apagado. Esta fuga en el punto de contacto entre el metal y los componentes semiconductores del transistor, la llamada " barrera de Schottky ", es una característica indeseable. Esta pequeña "porción" de corriente es comparable a la forma en que el agua gotea de un grifo defectuoso y es común a todos los transistores. Los científicos por primera vez lograron convertir este defecto a favor y usarlo funcionalmente. Esta característica de los nuevos transistores abre nuevas posibilidades para el diseño del sistema de Internet de las cosas.

"Desafiamos la comprensión común de lo que debería ser un transistor", dice el profesor Nathan. "Descubrimos que la barrera de Schottky, que la mayoría de los ingenieros intentan evitar, en realidad tiene características ideales para la electrónica portátil o implantable de interés para que podamos controlar nuestra salud".

Los transistores pueden producirse a bajas temperaturas e imprimirse en casi cualquier material: desde vidrio y plástico hasta tela y papel. El nuevo diseño resuelve a la mitad uno de los principales problemas que dificultan el desarrollo de transistores de potencia ultra baja, a saber, la capacidad de producirlos en tamaños muy pequeños. A medida que los transistores se hacen más pequeños, dos de sus electrodos comienzan a influir en el comportamiento del otro, lo que significa que los transistores más pequeños que un cierto tamaño no funcionarán como nos gustaría. Al cambiar el diseño del transistor, los investigadores de Cambridge pudieron usar las barreras Schottky para que los electrodos permanecieran independientes entre sí. Por lo tanto, en el futuro cercano será posible producir transistores de un tamaño muy pequeño.

“Este es un diseño de transistor original. Este tipo de fuente de alimentación ultrabaja es un requisito previo para el desarrollo de varios tipos de dispositivos nuevos, donde la función, en esencia, de la "inteligencia" es importante, no la velocidad. La electrónica totalmente autónoma en tales dispositivos hoy en día se está volviendo más real. Pueden trabajar en la energía de fondo recibida del medio ambiente, lo que aumentará el plazo de su operación ", dijo Gehan Amaratunga, profesor del departamento de desarrollo.

El diseño del transistor le permite amplificar la señal. El voltaje de funcionamiento del transistor es inferior a un voltio, con un consumo de energía inferior a la milmillonésima parte de un vatio. Este consumo de energía ultra bajo los hace los más adecuados para aplicaciones donde la funcionalidad y la durabilidad son más importantes que la velocidad. Lo que, de hecho, radica en la idea de Internet de las cosas.

"Si pudiéramos extraer energía de una batería AA normal basada en este diseño, podría funcionar durante mil millones de años", dijo el Dr. Sonsik Lee, autor principal del estudio. "El uso de una barrera Schottky evita que los electrodos interfieran entre sí para amplificar la amplitud de la señal incluso cuando el transistor está casi apagado".

La ciencia rusa está tratando de mantenerse al día con la carrera por un transistor de ultra baja potencia. Hace seis meses, ingenieros rusos, junto con colegas de Japón, presentaronConcepto de transistor de grafeno. Su diseño se basa en el uso de grafeno de dos capas. Según los investigadores, un transistor hecho de dicho material podrá funcionar a bajo voltaje (0,5 voltios) y a altas frecuencias (hasta 100 GHz). Dichas conclusiones se hicieron sobre la base de cálculos: hasta ahora solo se ha desarrollado un modelo de dispositivo.

Además de trabajar en componentes para dispositivos IoT, los investigadores de la Universidad de Cambridge están prestando atención al desarrollo de la electrónica implantable. Hace dos años, desarrollaron músculos artificiales que pueden imitar las contracciones naturales. Están hechos de polímeros, que bajo la influencia de una señal eléctrica pueden cambiar de tamaño y forma. Usando una serie de mecanismos y estímulos fisiológicos, los movimientos cercanos a los naturales pueden reproducirse en material artificial.

Source: https://habr.com/ru/post/es398593/