domingo, 30 de mayo de 2010

Nueva técnica de fabricación de semiconductores impulsará la energía solar


Un nuevo método de fabricación de semiconductores desarrollado en la Universidad de Illinois podría cambiar para siempre el futuro de la energía solar, abriendo un nuevo campo de aplicaciones para esta fuente energética renovable. La principal ventaja de la flamante técnica radica en el empleo de arseniuro de galio en vez de silicio en los semiconductores usados en las células fotovoltaicas, un material que ampliaría en gran medida los índices de eficiencia de los dispositivos solares. Por Pablo Javier Piacente de tendencias cientificas


La aplicación de una nueva técnica para el desarrollo de semiconductores podría generar un mayor impulso de la energía solar, ya que el uso de arsenuro de galio en vez de silicio en los dispositivos desembocaría en el logro de una mayor eficiencia en las células fotovoltaicas empleadas en los paneles solares. El avance fue obtenido por ingenieros y especialistas de la universidad de Illinois.

Aunque el silicio es el material empleado en mayor medida en la actualidad en la industria de semiconductores aplicados a dispositivos electrónicos, incluyendo las células fotovoltaicas que los paneles solares utilizan para convertir la luz solar en energía, no es el material más eficiente para dicha función.

Por ejemplo, el arseniuro de galio ofrece casi el doble de eficiencia con relación al silicio en los dispositivos de energía solar. Sin embargo, se utiliza en un escaso porcentaje de aplicaciones debido a su costo elevado, cuando podría ser una excelente opción, por ejemplo en servicios públicos.

Ingenieros y científicos de la Universidad de Illinois han explorado distintas maneras para fabricar películas delgadas de arseniuro de galio de bajo costo, que permiten una amplia flexibilidad en cuanto a los tipos de dispositivos en los cuales podrían incorporarse, reemplazando a los componentes de silicio.
Mayor producción a menor costo

De acuerdo a los encargados de la investigación, la reducción sustancial de los costos del arseniuro de galio aplicado a semiconductores podría ampliar en gran medida la gama de aplicaciones de este material en dispositivos solares. Es que el principal inconvenientes para su desarrollo tenía que ver, justamente, con su costo elevado.

Por otro lado, mientras habitualmente el arseniuro de galio se deposita en una única capa delgada sobre una lámina pequeña, el grupo de investigación de Illinois decidió depositar capas múltiples de material sobre una oblea, lo que desembocaría en una mayor eficiencia de los dispositivos.

El enfoque de los especialistas norteamericanos supone un importante ahorro de tiempo, ya que se reduce el período de carga y descarga. Asimismo, si se considera el uso de distintos artefactos, la preparación necesaria y el personal que se requiere en estas operaciones, el ahorro de tiempo se traduce directamente en una reducción significativa de los costos.

Al mismo tiempo, la oblea se puede reutilizar inmediatamente para producir nuevas capas de material, luego de un proceso que permite retirar el arseniuro de galio. En consecuencia, es posible generar mucho más material con mayor rapidez y en condiciones de mayor rentabilidad, si comparamos este sistema con respecto a la capa delgada individual con la que se trabaja normalmente.
Ampliación del área de cobertura

Los expertos indican que existen tres tipos de dispositivos que pueden emplear chips de arseniuro de galio fabricados en pilas de varias capas, o sea con esta nueva técnica, y alcanzar una mayor efectividad: sensores de luz, transistores de alta velocidad y células solares. En todos los casos, el nuevo método podría provocar una importante disminución en los costos.

Otra de las ventajas de la técnica de múltiples capas es la eliminación de las limitaciones en cuanto al área de trabajo, una condición especialmente importante para las células solares. Esto significa que la oblea puede abarcar una superficie de producción mucho mayor, mientras que en el proceso convencional de una única capa existen mayores límites en la extensión de la oblea.

En el caso de la energia fotovoltaica, que requiere una zona de cobertura amplia para capturar tanta luz solar como sea posible, esta condición de la nueva técnica es ampliamente ventajosa. De esta forma, se logra al mismo tiempo multiplicar el área de cobertura, generar más energía y reducir el costo.

Los principales responsables de este trabajo son los profesores John Rogers y Xiuling Li, de la Universidad de Illinois. Asimismo, el departamento de energia de los estados unidos y la national science foundation han financiado la investigación. El estudio fue difundido mediante una nota de prensa de la Universidad de Illinois, y posteriormente se publicaron artículos en los medios especializados nature y science daily.


Electronica de estado Solido

Publicado por: Angelalberto Bustamante

jueves, 27 de mayo de 2010

Crean el primer metamaterial construido enteramente con semiconductores


Ingenieros de la Universidad de Princeton han creado un metamaterial semiconductor que tiene la propiedad de doblar la luz en el sentido contrario al que otros materiales lo hacen de forma natural. Es fácil de producir y podría tener aplicaciones en comunicaciones de alta velocidad, detección de amenazas terroristas y diagnósticos médicos. Asimismo, al tener un índice de refracción negativo, podría contribuir a desarrollar microscopios y telescopios mucho más potentes que los actuales. Por Paul D. Morales de tendencias científicas.


un equipo de investigación de la universidad norteamericana de Princeton ha desarrollado un método sencillo para producir un material semiconductor que puede doblar la luz en el sentido opuesto al que de forma natural ocurre en otros materiales.

Los semiconductores (el componente principal de los microchips, por ejemplo) que constituyen este nuevo metamaterial están hechos a partir de cristales, y sus creadores han usando técnicas de fabricación comunes, haciendo que su producción sea menos compleja y más barata. Se trata, pues, del primer metamaterial construido enteramente con semiconductores.

Según sus creadores, un metamaterial con esta propiedad podría contribuir a avances importantes en múltiples áreas, como las comunicaciones a alta velocidad, el diagnóstico médico o la detección de amenazas terroristas.

Esta nueva sustancia pertenece a una clase relativamente nueva de materiales llamados metamateriales. Los metamateriales son materiales artificiales electromagnéticos con propiedades superiores a las que se pueden encontrar en la naturaleza.

Los metamateriales obtienen sus propiedades de su estructura y no de su composición. Es decir, son compuestos ordenados cuyas propiedades físicas son distintas a la de los compuestos que lo constituyen. Este término se utiliza, sobre todo, cuando el material obtenido de esta manera tiene propiedades que no se encuentran en materiales formados de forma natural.

Los ingenieros de la Universidad de Princeton han conseguido por vez primera que uno de estos metamateriales manipule la luz de forma que no pueden conseguirse con materiales corrientes. "Para que sean de utilidad en varios dispositivos, los metamateriales tienen que ser tridimensionales", explica la profesora Claire Gmachl, una de las investigadoras, en un comunicado de la propia universidad. "Este nuevo metamaterial se compone de semiconductores, que son extremadamente funcionales. Esta es la clase de cosas con la que se fabrican las verdaderas aplicaciones."

El equipo de investigación ha sido dirigido por Anthony Hoffman, que ha sido ayudado por ingenieros de la Oregon State University y la empresa de telecomunicaciones Alcatel-Lucent. Sus hallazgos han sido publicados por Nature Materials.

Índice de refracción negativo

Las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnética se doblan cuando pasan de un material a otro. Este fenómeno, llamado refracción, se puede observar fácilmente cuando metemos un lápiz en un vaso de agua. En este caso, el lápiz aparece como quebrado a nuestros ojos. Las lentes y las cámaras pueden funcionar gracias a la refracción.

Todos los materiales tienen un índice de refracción. El índice de refracción es la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate. La mayor parte de los materiales encontrados en la naturaleza tienen un índice de refracción positivo (por ejemplo el índice de refracción del aire es 1,33), sin embargo el material ideado por los investigadores de Princeton lo tiene negativo.

Para que nos hagamos una idea de lo que esto significa, si el agua en el que metemos el lápiz tuviera un índice de refracción negativo, lo que veríamos es que el lápiz se dobla hacia la superficie, no hacia el fondo del vaso.

¿Qué quiere decir esto además de una ilusión óptica? Un material con estas características abre nuevas posibilidades para desarrollar lentes de una calidad superior. El índice de refracción positivo de los materiales normales requiere el uso de lentes curvas, que inherentemente distorsionan la luz que pasa a través de ellas. Eso es lo que ocurre, por ejemplo, en el caso de los telescopios o de los microscopios.

Según los investigadores, una lente plana creada a partir de materiales con refracción negativa podría compensar esta disfunción y dar como resultado microscopios mucho más potentes con capacidad para ver cosas tan pequeñas como moléculas de ADN.

Además, este metamaterial es capaz de refractar negativamente la luz en el infrarrojo medio (las radiaciones infrarrojas, también llamadas térmicas, se dividen en tres: cercanas, medias o lejanas), que es utilizado en una gran cantidad de aplicaciones de comunicación.

Desarrollo sencillo

La composición única del nuevo METAmaterial le confiere la capacidad de perder mucha menos luz que metamateriales anteriores y además hacen que su fabricación y desarrollo sea sencillo y barato.

Esta investigación será aplicada dentro de las investigaciones que lleva a cabo el Centro de Tecnologías del Infrarrojo Medio para la Salud y el Medio Ambiente"(MIRETHE). Los científicos de este proyecto están desarrollando sensores compactos para detectar rastros de gases en la atmósfera y en la respiración humana. Su idea es que estos dispositivos sirvan un día para monitorizar la calidad del aire o para hacer test médicos no invasivos a enfermos de diabetes o con problemas pulmonares.

Los investigadores esperan que este nuevo metamaterial se pueda utilizar para crear un nuevo láser que emita luz de la región infrarroja media.

Fuente:http://www.laflecha.net/canales/ciencia/noticias/crean-el-primer-metamaterial-construido-enteramente-con-semiconductores

Publicado por: Angelalberto Bustamante

miércoles, 26 de mayo de 2010

Los entresijos de los semiconductores


Los diodos láser convencionales, energizados eléctricamente, utilizados en productos de consumo cotidiano como los lectores de DVD, están basados en materiales semiconductores inorgánicos como el arseniuro de galio, el nitruro de galio y otras aleaciones relacionadas. El término "semiconductor" describe la capacidad del material de conducir una corriente eléctrica, y sus características están entre las de un conductor metálico y un aislante.

En el caso de un diodo láser, la corriente comprende cargas positivas y negativas que se combinan dentro del material y producen la luz inicial exigida para empezar el proceso por el que se generan rayos láser. Si la luz inicial puede ser forzada a atravesar de un lado a otro el material semiconductor muchas veces, de modo que se amplifique su intensidad en cada paso, entonces después de un corto tiempo surge un haz de luz láser espectralmente estrecho, intenso y direccional.

Las últimas dos décadas han visto espectaculares desarrollos en nuevos semiconductores basados en moléculas orgánicas, incluso una clase especial de plásticos. Se han desarrollado con éxito muchos importantes dispositivos basados en tales plásticos, incluyendo diodos emisores de luz para pantallas y alumbrado, transistores de Efecto Campo para circuitos eléctricos, y fotodiodos para la conversión de energía solar y la detección de luz. Sin embargo, a pesar de una década de investigación mundial, los diodos láser de plástico seguían siendo el único tipo importante de dispositivo que todavía no había sido producido con éxito.

Uno de los principales obstáculos era que, hasta ahora, se consideraba generalmente que los diodos láser de plástico semiconductor serían imposibles de producir porque los científicos no habían encontrado o desarrollado tipo alguno de plástico que pudiera conducir una corriente lo bastante grande y también permitiera la eficaz emisión de luz necesaria para producir un haz láser.

Ahora, un equipo de físicos del Imperial College de Londres ha hecho justo eso. Los plásticos estudiados, sintetizados por la compañía química Sumitomo, de Japón, están estrechamente relacionados con el PFO, un conocido material que emite luz azul. Haciendo sutiles cambios en la estructura química del plástico, los investigadores han producido un material que transporta las cargas 200 veces mejor que antes, sin comprometer su capacidad de emitir con eficacia la luz.

Un Semiconductor Pintado Supera A Los Chips Tradicionales


El logro técnico, efectuado en la universidad de Toronto, representa la primera vez que uno de los dispositivos denominados semiconductores "mojados" ha superado a los semiconductores tradicionales fabricados por el proceso de crecimiento del cristal, más costosos.


La forma habitual de hacer los chips de ordenador, los láseres para fibras ópticas, los sensores de imágenes para las cámaras digitales, en definitiva los ladrillos básicos de la era de la información, resulta costosa en tiempo, en dinero y en energía. Los semiconductores convencionales han producido resultados espectaculares: el ordenador personal, Internet, la fotografía digital... Pero se basan en el crecimiento de cristales atómicamente perfectos a temperaturas de mil grados Celsius y superiores.

El equipo de Toronto, en cambio, "cocinó" las partículas de semiconductor en un matraz que contenía ácido oleico extrapuro, el ingrediente principal del aceite de oliva. Las partículas son sólo de unos pocos nanómetros.

El equipo puso entonces una gota de la solución en una lámina de vidrio con electrodos de oro estampados, y forzó a la gota a extenderse en una película semiconductora lisa y continua. Entonces dieron un baño de dos horas en metanol a la película. Una vez que el disolvente se evaporó, dejó una capa de 800 nanómetros de espesor de nanopartículas sensibles a la luz.


Electrónica de estado solido.

Publicado por: Angelalberto Bustamante

Crean un nuevo superconductor a partir de un material semiconductor en desuso




Unos investigadores de Alemania han logrado convertir un elemento semiconductor en desuso, el germanio, en material superconductor. Su trabajo, que se expone en la revista Physical Review Letters, tendrá consecuencias en la nanoelectrónica y en el desarrollo de nuevos ordenadores.




La investigación recibió fondos del proyecto EuroMagNET ("Un enfoque coordinado del acceso, desarrollo experimental y aprovechamiento científico de grandes infraestructuras europeas para los campos magnéticos de alta intensidad"), que a su vez recibió una financiación de 3,68 millones de euros mediante el área temática "Infraestructuras" del Sexto Programa Marco (6PM).

Los semiconductores transportan corriente eléctrica y se utilizan para fabricar dispositivos electrónicos como transistores de radio, chips informáticos y placas solares. La superconductividad, que se observó por primera vez en 1911, es un fenómeno de la mecánica cuántica que se refiere a la capacidad de un material de dejar pasar la corriente a velocidad extrema, sin oponer resistencia eléctrica. Esto suele ocurrir a temperaturas muy bajas (apenas por encima de -273 grados centígrados, o 0 Kelvin) o a una presión muy alta.

Los investigadores buscaban un elemento que presentara propiedades electrónicas predecibles y fiables. Tenía que ser puro desde el punto de vista químico y tener una estructura cristalina perfecta, dado que las impurezas y los fallos, por pequeña que sea su magnitud, pueden repercutir enormemente en la conductividad de un material. Por esta razón en la actualidad se utilizan métodos especiales para producir y depurar el cristal.

El silicio y el germanio son semiconductores puros, es decir, elementos que pueden transformarse en materiales conductores tras añadir átomos ajenos a su estructura cristalina. Este proceso se denomina "dopar". En la investigación referida anteriormente, llevada a cabo en el Centro de Investigación de Dresde-Rossendorf (FZD, Alemania), se doparon muestras de germanio con alrededor de seis átomos de galio por cada cien átomos de germanio. Se escogió el galio por ser más soluble en el germanio que el boro (que se ha utilizado con el silicio en estudios anteriores).

El resultado fue una lámina superconductora de germanio "dopado" de alrededor de 60 nanómetros de grosor. A continuación se realizaron otros experimentos en los que se corroboró la posibilidad de reproducir la superconductividad del germanio y de elevar la temperatura a la que dicho elemento comienza a ser superconductor.

Sin embargo, el proceso de dopado daña la estructura reticular del cristal del germanio. Por lo tanto, para sacarle partido es necesario repararla. Para tal fin, los investigadores emplearon el procedimiento de recocido con lámpara de destello, que permite reparar el retículo de cristal destruido al calentar con rapidez la superficie de la muestra sin alterar la distribución de los átomos dopantes.

El material resultante presenta un gran potencial, sobre todo porque alcanza el estado de superconducción a temperaturas por encima del cero absoluto: concretamente, las muestras de germanio dopadas con galio se volvieron superconductoras a alrededor de 0,5 grados kelvin. Los investigadores se muestran optimistas y consideran que esta temperatura podrá aumentarse en futuros experimentos en los que se perfeccionarán los procesos de implantación de iones y recocido.

Estos resultados resultan sorprendentes, puesto que el germanio hasta ahora no se consideraba un material tan prometedor como el silicio o el diamante. Si bien se empleó en la primera generación de transistores, el silicio pronto ocupó su lugar. El renovado interés en el germanio se debe en gran medida a la miniaturización de transistores y microchips: en la fabricación de transistores se requieren capas extremadamente finas de óxido, y el óxido de silicio no responde bien a una escala tan reducida. Por otro lado, el uso del germanio en los chips informáticos permite alcanzar mayores velocidades de procesamiento y deja margen para que se pueda continuar con la tendencia a la miniaturización de los dispositivos de micro y nanoelectrónica.

Fuente: http://www.laflecha.net/canales/ciencia/noticias/crean-un-nuevo-superconductor-a-partir-de-un-material-semiconductor-en-desuso

Electrónica de estádo solido

Publicado por : Angelalberto Bustamante

martes, 25 de mayo de 2010

Semiconductores para limitar la velocidad de la luz

Aunque parezca una paradoja, científicos de la University of California, en Berkeley, han ralentizado la luz en un esfuerzo por hacer más rápidas las comunicaciones en las redes de transmisión ópticas. Para conseguirlo, han utilizado semiconductores.

Los investigadores han disminuido hasta 10 km/s la velocidad a la que un pulso láser viaja a lo largo de una onda lumínica. Esta velocidad no es precisamente lenta, pero sí lo es comparándola con la que experimenta la luz al viajar por el vacío (300.000 km/s).


Experimentos anteriores habían demostrado que los rayos de luz pueden ser ralentizados o acelerados al hacerlos pasar a través de vapor atómico o cristal de estado sólido. Por ejemplo, físicos de la Harvard University habían conseguido detener partículas de luz durante 10 a 20 microsegundos en gas de rubidio.



En la UC Berkeley se ha intentado algo semejante pero utilizando finas capas de semiconductores, que ofrecen una notable ventaja en cuanto a ancho de banda respecto al cristal de estado sólido o el vapor atómico. El uso de semiconductores, además, permite su implantación en circuitos entregados fotónicos.

Los científicos, encabezados por Connie J. Chang-Hasnain, esperan con esta tecnología poder transmitir gráficos en 3D, videoconferencia de alta resolución, etc.

Actualmente, las señales ópticas se mueven a lo largo de la fibra óptica a más de 100.000 km/s, hasta que alcanzan algunos de los muchos "cruces de carreteras" que se hallan en el camino. En esos puntos, las señales de luz son transformadas en datos electrónicos más lentos, de manera que puedan ser leídos por los routers, encargados de corregir el camino antes de convertir las señales de nuevo a luz. Esta conversión óptica-electrónica-óptica es increíblemente lenta y cara, lo que crea cuellos de botella que hacen más lenta la red.

Los routers o enrutadores son como semáforos en las intersecciones de las calles. Con la conversión OEO, obtenemos algo parecido a lo que le ocurriría a un conductor de un coche que tuviera que bajarse de él, hablar con el director del tráfico, y rellenar varios formularios con su destino antes de poder continuar. Si pudiéramos controlar la velocidad de la luz, evitaríamos la conversión OEO y los routers. El "coche" frenaría cuando fuera necesario, evitando chocar contra otros situados enfrente.

En la actualidad, no es posible aprovechar los 20 teraherzios de ancho de banda disponibles en la fibra óptica debido a las limitaciones que nos imponen los sistemas OEO. Si consiguiéramos superar este obstáculo, podríamos transmitir 600 películas de dos horas en apenas 1 segundo.

Los experimentos no violan ninguna ley de la física, en especial la que dice que la velocidad de la luz es una constante física que no puede ser cambiada. Lo que se puede variar es la velocidad con la que la amplitud de la onda de la luz es transmitida. Se han hecho muchos experimentos que explotan la manera como la luz es absorbida y dispersada cuando interactúa con la materia.



Electrónica de Estádo solido.
Publicado por : Angelalberto Bustamante