Nitride Semiconductors: The Silicon of the 21st century
A disponibilidade de recursos sustentáveis, a habilidade em prover energia suficiente para as necessidades futuras e o tremendo risco de mudança climática apresentam sérios desafios energéticos para o futuro. Fontes de energia sustentáveis e sistemas mais eficientes (energy-efficiency) são uns dos pilares para um futuro sustentável. Neste contexto, os semicondutores Nitreto de Galio (Nitrides semiconductors) tem propriedades excepcionais de interesse para aplicações em energia. A sua emissão de luz azul ultra-eficaz já esta revolucionando o mundo com lampadas a LED, trabalho cuja importância foi reconhecida com o Premio Nobel de Física em 2014. Além disto, a sua grande banda proibida (wide band-gap), alto campo elétrico crítico e alta mobilidade dos elétrons tornará possível sistemas eletrônicos de potência menores, mais eficientes, que operam a temperaturas mais elevadas, sem necessidade de refrigeração. Isso permitirá o desenvolvimento de carros elétricos mais eficientes, novos inversores para painéis solares e conversores para lampadas a LED.
Essas propriedades podem ser exploradas de modo ótimo com a aplicação de nanotecnologia a esses componentes. Este é o principal tema desta apresentação. Ela começará apresentando o desenvolvimento de uma tecnologia de inserção de “bolhas de ar” (air-gaps) periódicas, de tamanho nanométrico, dentro do semicondutor, formando assim um meio de difração de luz extremamente eficiente. Essa tecnologia foi otimizada e aplicada a LEDs azuis, aumentando significamente a sua eficiência de extração de luz de 80% a um recorde de 94% (state-of-the-art).
Em seguida será mostrada uma aplicação de nanoestruturas em high electron mobility transistors (HEMTs), o que permitiu a demonstração de micro-transistores de potência operando a 600 V com uma corrente de fuga 3 ordens de magnitude menor do que um componente planar. Em uma perspectiva futura, será discutida uma visão mais ampla sobre o papel destes semicondutores como um dos principais atores no setor de energia (energy-efficiency) no século 21.
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