Do original escrito em 14 de Junho de 2024 por Kevin Clemens
Traduzido e adaptado para o português por Carlos Delfino
O nitreto de gálio será um facilitador chave para eletrônicos de alta temperatura, incluindo possíveis missões para Vênus. Eletrônicos baseados em semicondutores de silício são vitais para o mundo moderno. Eles funcionam bem para projetar sistemas para operar em temperaturas moderadas, até 250°C. Mas, quando as temperaturas ultrapassam 300°C, os eletrônicos baseados em silício não conseguem operar por muito tempo.
No entanto, aplicações como motores a jato, sistemas de exaustão automotivos, plantas químicas, energia geotérmica e até mesmo exploração em Vênus exigem dispositivos eletrônicos que possam operar por longos períodos a temperaturas de até 500°C ou mais.
O nitreto de gálio (GaN) pode fornecer uma solução viável. Feito de átomos de gálio e nitrogênio, o GaN foi sintetizado pela primeira vez em 1932. Nos anos 1990, diodos emissores de luz (LEDs) usando GaN foram desenvolvidos, e em 2004, os primeiros transistores de alta mobilidade eletrônica de GaN estavam disponíveis comercialmente. Em 2018, circuitos integrados movidos a GaN tornaram-se disponíveis comercialmente, liderados por empresas como a Navitas.
O nitreto de gálio é usado em eletrônicos terrestres, como carregadores rápidos, eletrônicos de consumo, LEDs, eletrônica de potência e torres de celular.
Ao contrário dos semicondutores à base de silício, o GaN é quimicamente estável e não se dissocia facilmente em altas temperaturas. Essa estabilidade permite que os dispositivos de GaN operem de forma confiável a temperaturas acima de 600°C. A combinação da larga banda proibida do GaN, alta condutividade térmica, baixo número de portadores de carga livres (baixa concentração intrínseca de portadores), alto campo de ruptura e estabilidade química em temperaturas elevadas faz dele um excelente material para dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos de alta temperatura em comparação com o silício e outros semicondutores convencionais.
Pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) estão participando de um esforço de pesquisa de vários anos para examinar as características e propriedades do GaN em altas temperaturas. Seu estudo detalhou o impacto da temperatura nos contatos usados com dispositivos de GaN. A resistência de contato é importante para o desempenho dos semicondutores, pois muita resistência leva a um maior consumo de energia e frequências de operação mais lentas. Embora muito se saiba sobre a resistência de contato em temperaturas ambiente, pouco foi estudado em temperaturas de até 500°C.
Os cientistas do MIT examinaram contatos de GaN a temperaturas de até 500°C por 72 horas, e surpreendentemente, a resistência de contato permaneceu constante ou pode ter melhorado ligeiramente. Isso foi inesperado e é considerado um avanço significativo no desenvolvimento de transistores de GaN para uso em sondas e outros veículos para explorar a superfície de Vênus.
Traduzir os avanços ao nível de dispositivos para o design de transistores ao nível de circuito deve melhorar drasticamente a capacidade de criar eletrônicos de alta temperatura mais eficazes. De volta à Terra, tais dispositivos também podem encontrar aplicações em sistemas de energia geotérmica, outras formas de geração de energia, ou no monitoramento do desempenho e segurança de motores a jato.
Fonte: GaN Devices Hot Enough for Venus
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