Сверхчувствительный диод превращает микроволны в электричество

17:32, 28 Сен, 2019
Евгения Комарова

Японские специалисты объявили о создании высокочувствительного выпрямительного элемента в виде нанопроводного обращенного диода, превращающего маломощные микроволны в электричество.

Устройство было разработано сотрудниками Японского научно-технологического агентства (ЯНТА), Fujitsu Limited и Токийского столичного университета, сообщает sciencedaily.com. Ожидается, что новая система поможет собирать энергию радиоволн из окружающей среды, генерируя электричество от импульсов устройств, вроде мобильных вышек. Проектом руководили Кеничи Кавагути (Fujitsu Limited) и профессор Мичихико Сухара (Токийский столичный университет).

Технологии, преобразующие слабые источники энергии из окружающей среды, необходимы для развития Интернета вещей. Сфера требует создания сети датчиков, работающих без батарей. Микроволны – один из примеров доступных слабых энергоресурсов. Устройства, преобразующие их в электричество, состоят из антенны, улавливающей импульсы, и выпрямительного элемента (диода). Его чувствительность к радиоволнам зависит от размера устройства и крутизны характеристик выпрямления. Обычно для преобразования энергии используют диоды Шотки (Schottky). Выпрямление происходит в месте соединения металла и полупроводника.

Из-за размеров, превышающих несколько мм, и низкой чувствительности к микроволнам, диоды Шотки плохо преобразуют их в электричество. Исследователи улучшили характеристики системы, создав обращенный диод. Выпрямление происходит при нулевом напряжении смещения в месте соединения 2 типов полупроводников. Принцип движения тока (туннельный эффект) отличается от механизмов в основе стандартных диодов Шотки.

Обычно выпрямители изготавливают из пленок путем травления. Изменив соотношение компонентов полупроводниковых материалов и, незначительно, плотность добавляемых дефектов, ученые уменьшили размер устройства, вырастив нанокристаллы, диаметром 150 нм. Они состоят из арсенида индия n-типа (n-InAs) и антимонида арсенида галлия p-типа (p-GaAsSb). Исследователи использовали новую технологию нанесения металлической электродной пленки на концы нанопровода, не повреждающую его.

Новый диод в 10 раз чувствительнее аналогов. Микроволны 2,4 ГГц, используемые сетями 4G LTE, он улавливает на уровне 700 кВ/Вт – примерно в 11 раз лучше стандартных выпрямителей (60 кВ/Вт). Устройство может эффективно преобразовывать маломощные импульсы класса 100 нВт в электричество.

Поделитесь этой новостью