En la carrera hacia los chips de ordenador más pequeños y veloces, los científicos están apostando cada vez más fuerte por la mecánica cuántica, la exótica física de lo diminuto. El problema es que las técnicas de fabricación requeridas para construir los dispositivos cuánticos son igualmente exóticas, lo que dificulta enormemente su creación. Hasta ahora.
Unos investigadores en la Universidad Estatal de Ohio han descubierto un modo de construir dispositivos cuánticos utilizando tecnología común de la industria actual de fabricación de chips.
Este nuevo desarrollo podría algún día hacer posible la creación de chips de ordenador muchísimo más rápidos que los convencionales y con un consumo energético ínfimo. También podría conducir a cámaras de alta resolución para tareas de seguridad, y a cámaras capaces de brindar una visión nítida en condiciones meteorológicas malas.
El físico Paul Berger, profesor de ingeniería electrónica y de computación en la Universidad Estatal de Ohio, y sus colegas, son los autores de la investigación.
El dispositivo que el equipo ha fabricado es un diodo túnel. La construcción se ha realizado usando la técnica más corriente de fabricación de chips, la deposición química de vapor.
Los investigadores querían fabricar este diodo empleando tan sólo las herramientas presentes en una fábrica típica de chips. El resultado es una técnica que los fabricantes podrían usar para construir dispositivos cuánticos directamente en un chip de silicio, con la misma maquinaría empleada para producir chips convencionales.
La computación cuántica ha despertado grandes esperanzas por su potencial para solucionar ciertas clases de problemas imposibles de resolver con ordenadores convencionales.
En la computación cuántica no se pretende mejorar el potencial del silicio haciendo los componentes más pequeños, sino aprovecharse de los exóticos principios de la mecánica cuántica, la teoría generalmente utilizada para comprender cómo se comportan los objetos en la escala de los átomos y de las partículas subatómicas.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
domingo, 21 de marzo de 2010
Tecnología de transistores de microondas basados en Nitruro de Galio (GaN) para aplicaciones Radar
El siguiente artículo estudia las características de los principales materiales utilizados en la actualidad para la fabricación de transistores de microondas como son Silicio (Si), Arseniuro de Galio (GaAs), Carburo de Silicio (SiC) y Nitruro de Galio (GaN) y describe como condicionan la operación del transistor cuando se requieren potencias de salida altas, del orden de cientos y miles de vatios, habitualmente las necesarias en aplicaciones Radar.
Se mostrará como los transistores de microondas fabricados con GaN son adecuados para aplicaciones de alta potencia debido a las superiores propiedades físicas y químicas de estos semiconductores. Si además añadimos las modernas técnicas de polarización de alta eficiencia, los transistores fabricados con la tecnología de Nitruro de Galio se perfilan como los candidatos idóneos para ser utilizados en los transmisores de sistemas Radar.
La gran mayoría de los transmisores Radar requieren dispositivos activos que puedan generar una potencia de salida de RF del orden de kilovatios e incluso de megavatios. Habitualmente se utilizan para estas aplicaciones dispositivos basados en tubos de ondas progresivas. Sin embargo, estos dispositivos son voluminosos, caros y pueden tener problemas de fiabilidad. Aunque los amplificadores basados en semiconductores tienen a priori más eficiencia, han estado hasta ahora limitados por el voltaje que se podía aplicar al dispositivo debido al crítico campo de ruptura inherente a estos materiales, lo que hace que se requiera una corriente muy alta y también un mayor tamaño. Trabajar con una corriente de operación alta disminuye la eficiencia debido a las pérdidas y al hecho de que los dispositivos de gran tamaño presentan una alta capacitancia y muy baja impedancia limitando así la frecuencia de operación y el ancho de banda [1]. La tecnología de GaN es ahora capaz de ofrecer una solución a este problema.
Los amplificadores de estado sólido están ya reemplazando a los de tubos de ondas progresivas (TWTA, Traveling Wave Tube Amplifiers) en algunas aplicaciones de microondas de alta potencia. Sin embargo, las bajas tensiones de operación hacen que el circuito asociado sea muy grande lo que implica un dispositivo más complejo a la vez que reduce el yield de producción y la fiabilidad. Las tecnologías de semiconductores de banda prohibida ancha (WBG, Wide Band Gap) como el GaN pueden alcanzar densidades de potencia cinco veces mayores que las de los transistores convencionales de GaAs tanto de efecto de campo como bipolares de heterounión. La ventaja final es la reducción de la complejidad del circuito, mayor ganancia y eficiencia, y también una mayor fiabilidad. En particular, los sistemas Radar se beneficiarán del desarrollo de esta tecnología.
El GaN es el futuro
El desarrollo de semiconductores de banda prohibida ancha, tales como el GaN o aleaciones basadas en GaN, ofrece la posibilidad de fabricar dispositivos activos de RF, especialmente transistores de potencia HEMT (High Electron Mobility Transistor), con una potencia de salida significativamente mayor. Esta mejora en la potencia de salida de RF se debe a las especiales propiedades de este material, de entre otras destacan: alto campo de ruptura, elevado valor de saturación de la EDV (velocidad de Drift de los electrones) y cuando se utilizan sustratos de SiC, mayor conductividad térmica. Los datos mostrados en la Tabla 1 [2] permiten comparar los materiales Si, GaAs, SiC y GaN. La mayor conductividad térmica del SiC y del GaN reduce el aumento de temperatura de la unión debido al autocalentamiento. El campo de ruptura de cinco a seis veces mayor del SiC y del GaN da ventaja a estos materiales frente al Si y el GaAs para dispositivos de potencia de RF [2]. El SiC es un material de banda prohibida ancha (3.2eV) pero tiene una movilidad de electrones baja, lo cual dificulta su uso en amplificadores de alta frecuencia. El SiC está también limitado porque las obleas de este material son caras, pequeñas y de baja calidad.
Aunque la movilidad de los portadores es significativamente mejor en los dispositivos de GaAs, la alta velocidad de pico y de saturación de la EDV de los HEMT de GaN compensa su relativa menor movilidad permitiendo su utilización a altas frecuencias. Estas ventajas del GaN sumadas a la alta linealidad y al bajo ruido de las arquitecturas HEMT abren las puertas a estos dispositivos para su utilización en la fabricación de amplificadores Radar de alta potencia.
Una ventaja adicional de los HEMT de GaN radica en el gran offset de energía entre la banda de conducción del GaN y la capa barrera de AlGaN. Esto permite un aumento significativo de la densidad de portadores en el canal en los HEMT basados en GaN con respecto a otros materiales (hasta 1013cm-2 y más). Si sumamos la posibilidad de utilizar un mayor voltaje conseguimos un aumento en la densidad de potencia. La densidad de potencia es un parámetro muy importante para los dispositivos de alta potencia ya que cuanto mayor es menor es el tamaño del dado y más sencillas son adaptaciones de entrada y salida. En la Figura 1 se muestra el rápido progreso de la densidad de potencia de RF frente al tiempo para un FET (Field-Effect Transistor) de GaN en Banda X.
Los altos voltajes de operación y las altas densidades de potencia que se alcanzan con los dispositivos de RF de banda prohibida ancha ofrecen muchas ventajas en el diseño, fabricación y montaje de amplificadores de potencia en comparación con las tecnologías de LDMOS (Lateral Double-Difusse MOS) de Silicio o la de
MESFET (Metal Epitaxial Semicon-ductor Field Effect Transistor) de GaAs. La tecnología HEMT de GaN ofrece una alta potencia por ancho de canal unitario, lo cual se traduce en dispositivos más económicos y de menor tamaño para la misma potencia de salida, esto no sólo hace que sean más fáciles de fabricar sino que aumenta la impedancia de los dispositivos. El alto voltaje de operación que se consigue con la tecnología de GaN elimina la necesidad de convertidores de tensión y por consiguiente reduce también el coste final del sistema.
El camino está claro
La Figura 2 [2] muestra una gráfica de la potencia de salida frente a la frecuencia para los dispositivos de estado sólido y tubos de microondas que constituyen el actual estado del arte.
Históricamente, lo amplificadores de tubo, tales como los controlados por rejillas, magnetrones, kystrones, tubos de onda progresiva y amplificadores de campos cruzados (CFA, Cross Field Amplifier) han sido usados como amplificadores de potencia en los transmisores Radar. Estos amplificadores generan alta potencia pero habitualmente trabajan con ciclos de trabajo (duty cicle) bajos. Los amplificadores de Klystron ofrecen mayor potencia que los magnetrones a frecuencias de microondas y también permiten el uso de formas de onda más complejas. Los tubos de onda progresiva son similares a los klystrones pero con mayores anchos de banda. Los CFA se caracterizan por tener grandes anchos de banda, poca ganancia y ser compactos.
Los amplificadores de potencia de estado sólido (SSPA, Solid State Power Amplifier) soportan pulsos largos y formas de onda con altos ciclos de actividad. A pesar de que los elementos utilizados en los SSPA tienen individualmente poca amplificación de potencia pueden combinarse para conseguirla. Los transistores bipolares de Silicio, los MESFET de Arseniuro de Galio y los PHEMT (Pseudomorphic HEMT) de Arseniuro de Galio son algunos de los elementos utilizados en los SSPA. Los HEMT de GaN pueden ser combinados para crear un SSPA con una potencia media de salida mayor y por consiguiente un mayor rango de detección del Radar.
Como se puede ver en la Figura 2, los transistores de estado sólido producen niveles de potencia de RF menores de 200 vatios en Banda S y su salida va decreciendo a medida que aumentamos la frecuencia [1]. La potencia de salida de RF de los FETs de GaAs se acerca a los 50 vatios en banda S y a aproximadamente a 1 vatio en banda Ka1. Los FETs de GaAs tienen una la potencia de salida limitada principalmente por la baja tensión de ruptura del drenador1. Los dispositivos semiconductores fabricados con materiales de mayor banda prohibida, tales como el GaN, ofrecen unas prestaciones significativamente mejores.
Con el paso del tiempo han ido apareciendo diferentes figuras de mérito que permiten evaluar los distintos semiconductores con potencial para ser utilizados en aplicaciones que requieren alta potencia a altas frecuencias de trabajo. Mediante estas figuras de mérito se pretende aunar las propiedades más relevantes de los materiales en un valor cualitativo. Así la figura de mérito de Johnson (JFOM = ECR vsat/p) tiene en cuenta el campo de ruptura ECR y la saturación de la EDV Vsat. Como puede verse en la Figura 3 [3], la figura de mérito de Johnson para el GaN es por lo menos 15 veces la del GaAs.
Aethercomm cree que si la tendencia de crecimiento del GaN se mantiene al ritmo actual, el comportamiento previsto para los HEMT de GAN en el año 2010 será el representado en la Figura 4. El GaN pronto superará a todos sus competidores.
La eficiencia es la clave
Los sistemas Radar más modernos utilizados en aplicaciones militares demandan nuevos requerimientos para los amplificadores de potencia de RF debido a la necesidad de reducir el tamaño, peso y coste. Los mayores cambios en las especificaciones se centran cada vez más en mejorar la eficiencia del amplificador para reducir los requerimientos de potencia DC y mejorar la fiabilidad del sistema a través de una menor disipación de potencia del componente. Los dispositivos de microondas basados en tecnologías de banda prohibida ancha y alta eficiencia permitirán además aumentar las prestaciones del sistema.
La capacitancia parásita y el alto voltaje de ruptura de los HEMT de GaN les hace ideales para funcionar en modos de amplificación de alta eficiencia clase E y clase F. Ambos modos tienen una eficiencia teórica del 100 %. Recientemente, algunos fabricantes de transistores de GaN han implementado amplificadores híbridos de clase E. Resultados típicos obtenidos son 10 vatios de potencia de salida en banda L con eficiencias comprendidas entre el 80% y 90%.
Aethercomm ha entregado recientemente un módulo amplificador de clase F para Banda L. La potencia de salida deseada debía superar los 50 vatios con una eficiencia del 60% para todo el amplificador. Debido a los plazos tan ajustados del programa fue necesario utilizar transistores estándar encapsulados en lugar de desarrollar una solución híbrida a medida.
La etapa final del amplificador de potencia se implementó utilizando un par balanceado de HEMT encapsulados de GaN trabajando en clase F. Las redes de adaptación incluyendo las terminaciones armónicas necesarias para la operación en clase F fueron diseñadas considerando inicialmente un modelo ideal del transistor. A continuación se introdujeron las inductancias y las capacitancias parásitas del encapsulado del transistor y se modificaron las redes de adaptación para mantener las terminaciones armónicas requeridas a nivel del transistor en dado. Posteriormente se simuló el amplificador utilizando un modelo no lineal del transistor y se modificaron las redes de adaptación para optimizar eficiencia y potencia.
Se construyó un prototipo en configuración single-ended para la etapa de salida de clase F. Se obtuvo una eficiencia de drenador del 75%, una potencia de salida de 40 vatios y una ganancia de 16 dB con un ajuste mínimo. Los resultados fueron muy similares a los obtenidos en la simulación. No había disponibles dispositivos de GaN de baja potencia adecuados para la etapa de driver, se diseñó uno de tres etapas utilizando MESFET de GaAs que trabajaban en clase A. Inicialmente se creía que las etapas del driver deberían haber trabajado en un modo de alta eficiencia para así alcanzar la PAE (Power Added Efficiency) requerida; sin embargo, los análisis indicaron que con un dimensionado adecuado de los transistores la operación en clase A era permisible. El driver tuvo una ganancia de 40 dB y un consumo de potencia de 10 vatios.
La configuración final del amplificador de potencia tuvo una PAE de pico del 63% y una potencia de salida de 75 vatios. El amplificador tenía una potencia de salida de 65 vatios y un 61% de PAE a P2dB. La Tabla 2 muestra las características del amplificador para distintos valores de potencia de salida. Debido a que la etapa final de clase F está polarizada en el umbral, sin corriente de drenador, el amplificador ofrece un amplio rango de funcionamiento para potencias bajas. La ganancia del amplificador alcanza un pico y después comienza a comprimirse cuando se alcanza la máxima potencia de salida. La Tabla 2 muestra la eficiencia de este diseño para distintas potencias de salida.
Aethercomm también ha desarrollado un dispositivo HEMT de GaN de 200 vatios sobre sustrato de SiC diseñado para maximizar la PAE y mantener una alta potencia de salida para una frecuencia de operación de 1215 MHz a 1390 MHz. Se observaron eficiencias mayores del 56% mientras se mantenía niveles de potencia de salida en exceso de 205 vatios de P3dB.
Muchos SSPA para aplicaciones Radar son diseñados con dispositivos semiconductores de RF configurados para trabajar en clase C. Esta forma de polarización proporciona una operación muy eficiente para una etapa de un único transistor, sin embargo, el transistor de clase C tiene una ganancia tan baja, típicamente 6 dB, que la ventaja ganada en la eficiencia se pierde al necesitarse muchas etapas adicionales de ganancia para alcanzar la potencia deseada de salida.
Conclusión
Los futuros sistemas Radar tales como los basados Radar de phase-array activo requerirán de forma creciente SSPA cada vez más eficientes y pequeños. El deseo de lograr barridos extremadamente rápidos, rangos de detección mayores, la posibilidad de localizar y seguir un gran número de objetivos, una baja probabilidad de ser interceptado y la posibilidad de funcionar como un inhibidor requerirán una tecnología de transistores innovadora y rentable. Recientes desarrollos en el campo de los HEMT de GaN han hecho posible diseñar amplificadores de una gran eficiencia a frecuencias de microondas. Los dispositivos HEMT de GaN proporcionan una alta corriente de pico con una baja capacitancia de salida así como un voltaje de ruptura y una densidad de potencia extremadamente alta. Esta combinación única de características permite a los diseñadores conseguir amplificadores con unas prestaciones en conjunto muy superiores a las logradas con dispositivos basados en las tecnologías alternativas existentes en la actualidad.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Se mostrará como los transistores de microondas fabricados con GaN son adecuados para aplicaciones de alta potencia debido a las superiores propiedades físicas y químicas de estos semiconductores. Si además añadimos las modernas técnicas de polarización de alta eficiencia, los transistores fabricados con la tecnología de Nitruro de Galio se perfilan como los candidatos idóneos para ser utilizados en los transmisores de sistemas Radar.
La gran mayoría de los transmisores Radar requieren dispositivos activos que puedan generar una potencia de salida de RF del orden de kilovatios e incluso de megavatios. Habitualmente se utilizan para estas aplicaciones dispositivos basados en tubos de ondas progresivas. Sin embargo, estos dispositivos son voluminosos, caros y pueden tener problemas de fiabilidad. Aunque los amplificadores basados en semiconductores tienen a priori más eficiencia, han estado hasta ahora limitados por el voltaje que se podía aplicar al dispositivo debido al crítico campo de ruptura inherente a estos materiales, lo que hace que se requiera una corriente muy alta y también un mayor tamaño. Trabajar con una corriente de operación alta disminuye la eficiencia debido a las pérdidas y al hecho de que los dispositivos de gran tamaño presentan una alta capacitancia y muy baja impedancia limitando así la frecuencia de operación y el ancho de banda [1]. La tecnología de GaN es ahora capaz de ofrecer una solución a este problema.
Los amplificadores de estado sólido están ya reemplazando a los de tubos de ondas progresivas (TWTA, Traveling Wave Tube Amplifiers) en algunas aplicaciones de microondas de alta potencia. Sin embargo, las bajas tensiones de operación hacen que el circuito asociado sea muy grande lo que implica un dispositivo más complejo a la vez que reduce el yield de producción y la fiabilidad. Las tecnologías de semiconductores de banda prohibida ancha (WBG, Wide Band Gap) como el GaN pueden alcanzar densidades de potencia cinco veces mayores que las de los transistores convencionales de GaAs tanto de efecto de campo como bipolares de heterounión. La ventaja final es la reducción de la complejidad del circuito, mayor ganancia y eficiencia, y también una mayor fiabilidad. En particular, los sistemas Radar se beneficiarán del desarrollo de esta tecnología.
El GaN es el futuro
El desarrollo de semiconductores de banda prohibida ancha, tales como el GaN o aleaciones basadas en GaN, ofrece la posibilidad de fabricar dispositivos activos de RF, especialmente transistores de potencia HEMT (High Electron Mobility Transistor), con una potencia de salida significativamente mayor. Esta mejora en la potencia de salida de RF se debe a las especiales propiedades de este material, de entre otras destacan: alto campo de ruptura, elevado valor de saturación de la EDV (velocidad de Drift de los electrones) y cuando se utilizan sustratos de SiC, mayor conductividad térmica. Los datos mostrados en la Tabla 1 [2] permiten comparar los materiales Si, GaAs, SiC y GaN. La mayor conductividad térmica del SiC y del GaN reduce el aumento de temperatura de la unión debido al autocalentamiento. El campo de ruptura de cinco a seis veces mayor del SiC y del GaN da ventaja a estos materiales frente al Si y el GaAs para dispositivos de potencia de RF [2]. El SiC es un material de banda prohibida ancha (3.2eV) pero tiene una movilidad de electrones baja, lo cual dificulta su uso en amplificadores de alta frecuencia. El SiC está también limitado porque las obleas de este material son caras, pequeñas y de baja calidad.
Aunque la movilidad de los portadores es significativamente mejor en los dispositivos de GaAs, la alta velocidad de pico y de saturación de la EDV de los HEMT de GaN compensa su relativa menor movilidad permitiendo su utilización a altas frecuencias. Estas ventajas del GaN sumadas a la alta linealidad y al bajo ruido de las arquitecturas HEMT abren las puertas a estos dispositivos para su utilización en la fabricación de amplificadores Radar de alta potencia.Una ventaja adicional de los HEMT de GaN radica en el gran offset de energía entre la banda de conducción del GaN y la capa barrera de AlGaN. Esto permite un aumento significativo de la densidad de portadores en el canal en los HEMT basados en GaN con respecto a otros materiales (hasta 1013cm-2 y más). Si sumamos la posibilidad de utilizar un mayor voltaje conseguimos un aumento en la densidad de potencia. La densidad de potencia es un parámetro muy importante para los dispositivos de alta potencia ya que cuanto mayor es menor es el tamaño del dado y más sencillas son adaptaciones de entrada y salida. En la Figura 1 se muestra el rápido progreso de la densidad de potencia de RF frente al tiempo para un FET (Field-Effect Transistor) de GaN en Banda X.
Los altos voltajes de operación y las altas densidades de potencia que se alcanzan con los dispositivos de RF de banda prohibida ancha ofrecen muchas ventajas en el diseño, fabricación y montaje de amplificadores de potencia en comparación con las tecnologías de LDMOS (Lateral Double-Difusse MOS) de Silicio o la de
MESFET (Metal Epitaxial Semicon-ductor Field Effect Transistor) de GaAs. La tecnología HEMT de GaN ofrece una alta potencia por ancho de canal unitario, lo cual se traduce en dispositivos más económicos y de menor tamaño para la misma potencia de salida, esto no sólo hace que sean más fáciles de fabricar sino que aumenta la impedancia de los dispositivos. El alto voltaje de operación que se consigue con la tecnología de GaN elimina la necesidad de convertidores de tensión y por consiguiente reduce también el coste final del sistema.
El camino está claro
La Figura 2 [2] muestra una gráfica de la potencia de salida frente a la frecuencia para los dispositivos de estado sólido y tubos de microondas que constituyen el actual estado del arte.
Históricamente, lo amplificadores de tubo, tales como los controlados por rejillas, magnetrones, kystrones, tubos de onda progresiva y amplificadores de campos cruzados (CFA, Cross Field Amplifier) han sido usados como amplificadores de potencia en los transmisores Radar. Estos amplificadores generan alta potencia pero habitualmente trabajan con ciclos de trabajo (duty cicle) bajos. Los amplificadores de Klystron ofrecen mayor potencia que los magnetrones a frecuencias de microondas y también permiten el uso de formas de onda más complejas. Los tubos de onda progresiva son similares a los klystrones pero con mayores anchos de banda. Los CFA se caracterizan por tener grandes anchos de banda, poca ganancia y ser compactos. Los amplificadores de potencia de estado sólido (SSPA, Solid State Power Amplifier) soportan pulsos largos y formas de onda con altos ciclos de actividad. A pesar de que los elementos utilizados en los SSPA tienen individualmente poca amplificación de potencia pueden combinarse para conseguirla. Los transistores bipolares de Silicio, los MESFET de Arseniuro de Galio y los PHEMT (Pseudomorphic HEMT) de Arseniuro de Galio son algunos de los elementos utilizados en los SSPA. Los HEMT de GaN pueden ser combinados para crear un SSPA con una potencia media de salida mayor y por consiguiente un mayor rango de detección del Radar.
Como se puede ver en la Figura 2, los transistores de estado sólido producen niveles de potencia de RF menores de 200 vatios en Banda S y su salida va decreciendo a medida que aumentamos la frecuencia [1]. La potencia de salida de RF de los FETs de GaAs se acerca a los 50 vatios en banda S y a aproximadamente a 1 vatio en banda Ka1. Los FETs de GaAs tienen una la potencia de salida limitada principalmente por la baja tensión de ruptura del drenador1. Los dispositivos semiconductores fabricados con materiales de mayor banda prohibida, tales como el GaN, ofrecen unas prestaciones significativamente mejores.
Con el paso del tiempo han ido apareciendo diferentes figuras de mérito que permiten evaluar los distintos semiconductores con potencial para ser utilizados en aplicaciones que requieren alta potencia a altas frecuencias de trabajo. Mediante estas figuras de mérito se pretende aunar las propiedades más relevantes de los materiales en un valor cualitativo. Así la figura de mérito de Johnson (JFOM = ECR vsat/p) tiene en cuenta el campo de ruptura ECR y la saturación de la EDV Vsat. Como puede verse en la Figura 3 [3], la figura de mérito de Johnson para el GaN es por lo menos 15 veces la del GaAs.
Aethercomm cree que si la tendencia de crecimiento del GaN se mantiene al ritmo actual, el comportamiento previsto para los HEMT de GAN en el año 2010 será el representado en la Figura 4. El GaN pronto superará a todos sus competidores.
La eficiencia es la clave
Los sistemas Radar más modernos utilizados en aplicaciones militares demandan nuevos requerimientos para los amplificadores de potencia de RF debido a la necesidad de reducir el tamaño, peso y coste. Los mayores cambios en las especificaciones se centran cada vez más en mejorar la eficiencia del amplificador para reducir los requerimientos de potencia DC y mejorar la fiabilidad del sistema a través de una menor disipación de potencia del componente. Los dispositivos de microondas basados en tecnologías de banda prohibida ancha y alta eficiencia permitirán además aumentar las prestaciones del sistema.
La capacitancia parásita y el alto voltaje de ruptura de los HEMT de GaN les hace ideales para funcionar en modos de amplificación de alta eficiencia clase E y clase F. Ambos modos tienen una eficiencia teórica del 100 %. Recientemente, algunos fabricantes de transistores de GaN han implementado amplificadores híbridos de clase E. Resultados típicos obtenidos son 10 vatios de potencia de salida en banda L con eficiencias comprendidas entre el 80% y 90%.Aethercomm ha entregado recientemente un módulo amplificador de clase F para Banda L. La potencia de salida deseada debía superar los 50 vatios con una eficiencia del 60% para todo el amplificador. Debido a los plazos tan ajustados del programa fue necesario utilizar transistores estándar encapsulados en lugar de desarrollar una solución híbrida a medida.
La etapa final del amplificador de potencia se implementó utilizando un par balanceado de HEMT encapsulados de GaN trabajando en clase F. Las redes de adaptación incluyendo las terminaciones armónicas necesarias para la operación en clase F fueron diseñadas considerando inicialmente un modelo ideal del transistor. A continuación se introdujeron las inductancias y las capacitancias parásitas del encapsulado del transistor y se modificaron las redes de adaptación para mantener las terminaciones armónicas requeridas a nivel del transistor en dado. Posteriormente se simuló el amplificador utilizando un modelo no lineal del transistor y se modificaron las redes de adaptación para optimizar eficiencia y potencia.
Se construyó un prototipo en configuración single-ended para la etapa de salida de clase F. Se obtuvo una eficiencia de drenador del 75%, una potencia de salida de 40 vatios y una ganancia de 16 dB con un ajuste mínimo. Los resultados fueron muy similares a los obtenidos en la simulación. No había disponibles dispositivos de GaN de baja potencia adecuados para la etapa de driver, se diseñó uno de tres etapas utilizando MESFET de GaAs que trabajaban en clase A. Inicialmente se creía que las etapas del driver deberían haber trabajado en un modo de alta eficiencia para así alcanzar la PAE (Power Added Efficiency) requerida; sin embargo, los análisis indicaron que con un dimensionado adecuado de los transistores la operación en clase A era permisible. El driver tuvo una ganancia de 40 dB y un consumo de potencia de 10 vatios.La configuración final del amplificador de potencia tuvo una PAE de pico del 63% y una potencia de salida de 75 vatios. El amplificador tenía una potencia de salida de 65 vatios y un 61% de PAE a P2dB. La Tabla 2 muestra las características del amplificador para distintos valores de potencia de salida. Debido a que la etapa final de clase F está polarizada en el umbral, sin corriente de drenador, el amplificador ofrece un amplio rango de funcionamiento para potencias bajas. La ganancia del amplificador alcanza un pico y después comienza a comprimirse cuando se alcanza la máxima potencia de salida. La Tabla 2 muestra la eficiencia de este diseño para distintas potencias de salida.
Aethercomm también ha desarrollado un dispositivo HEMT de GaN de 200 vatios sobre sustrato de SiC diseñado para maximizar la PAE y mantener una alta potencia de salida para una frecuencia de operación de 1215 MHz a 1390 MHz. Se observaron eficiencias mayores del 56% mientras se mantenía niveles de potencia de salida en exceso de 205 vatios de P3dB.
Muchos SSPA para aplicaciones Radar son diseñados con dispositivos semiconductores de RF configurados para trabajar en clase C. Esta forma de polarización proporciona una operación muy eficiente para una etapa de un único transistor, sin embargo, el transistor de clase C tiene una ganancia tan baja, típicamente 6 dB, que la ventaja ganada en la eficiencia se pierde al necesitarse muchas etapas adicionales de ganancia para alcanzar la potencia deseada de salida.
Conclusión
Los futuros sistemas Radar tales como los basados Radar de phase-array activo requerirán de forma creciente SSPA cada vez más eficientes y pequeños. El deseo de lograr barridos extremadamente rápidos, rangos de detección mayores, la posibilidad de localizar y seguir un gran número de objetivos, una baja probabilidad de ser interceptado y la posibilidad de funcionar como un inhibidor requerirán una tecnología de transistores innovadora y rentable. Recientes desarrollos en el campo de los HEMT de GaN han hecho posible diseñar amplificadores de una gran eficiencia a frecuencias de microondas. Los dispositivos HEMT de GaN proporcionan una alta corriente de pico con una baja capacitancia de salida así como un voltaje de ruptura y una densidad de potencia extremadamente alta. Esta combinación única de características permite a los diseñadores conseguir amplificadores con unas prestaciones en conjunto muy superiores a las logradas con dispositivos basados en las tecnologías alternativas existentes en la actualidad.Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Transistor de Alta Eficiencia Hecho de Nitruro de Galio
En la Universidad Cornell han fabricado un transistor sumamente eficiente hecho de un material que pronto podría reemplazar al silicio como el rey de los semiconductores para las aplicaciones que requieren una alta potencia.Junxia Shi, especialista en el laboratorio de Lester Eastman, ha desarrollado el dispositivo basado en el nitruro de galio que podría formar la base para la circuitería en productos que van desde los ordenadores portátiles hasta los vehículos híbridos, pasando por muchos otros sistemas electrónicos de alta potencia.
La resistencia a la corriente eléctrica del nuevo transistor es de 10 a 20 veces más baja que la de los actuales dispositivos de alta potencia basados en el silicio. También tiene un alto valor en el parámetro de cuánto voltaje puede aplicarse a un material antes de que falle.
La clave del dispositivo es la baja resistencia eléctrica del nitruro de galio, lo que produce menos pérdida de potencia por calentamiento, y su capacidad de manejar hasta 3 millones de voltios por centímetro sin que se produzca un fallo eléctrico. El silicio, el material competidor, soporta sólo unos 250.000 voltios por centímetro.
Los transistores, que fueron hechos con el equipamiento de nanofabricación de la Universidad Cornell, puede que un día energicen de todo, desde vehículos eléctricos híbridos a barcos. De hecho, la Armada Estadounidense ya financió hace más de diez años la investigación de la Universidad Cornell sobre los transistores de nitruro de galio, y actualmente aporta una parte importante de la financiación para la nueva investigación del laboratorio de Lester Eastman.
Shi y Eastman tienen una patente provisional para su dispositivo. Las empresas Velox y Freescale (establecida ésta última por Motorola), también han ayudado a financiar la investigación, con la esperanza de producir los dispositivos a escala industrial.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
El nitruro de galio podría revolucionar la iluminación a corto plazo
El Nitruro de galio (GaN) es un compuesto emisor de luz que ya se usa en los flashes de las cámaras, los faros de las bicicletas, los teléfonos móviles y en la iluminación del interior de autobuses, trenes y aviones, pero un equipo de investigadores británicos prevé que sus posibilidades van mucho más allá.
Los científicos consideran que cuando se pueda usar el GaN para iluminar las casas y las oficinas será como haber encontrado el Santo Grial. Si se consigue, se podría reducir en un 75% el consumo habitual de luz eléctrica en los países desarrollados y, a la vez, se contribuiría a disminuir enormemente las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas y a preservar las reservas de combustibles fósiles.
"Los diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés) de nitruro de galio (GaN) tienen un futuro muy prometedor", asegura Humphreys, que coordina las investigaciones como catedrático del Centro para el Nitruro de Galio en la Universidad de Cambridge (Reino Unido). Estos LED son "asombrosamente duraderos, ya que pueden proporcionar 100.000 horas de luz (100 veces más que una bombilla convencional), y en la práctica eso significa que con el uso normal de una familia habría que cambiarlos a los 60 años".
"Además, a diferencia de las luces fluorescentes compactas de bajo consumo que se usan ahora, los LED de nitruro de galio no contienen mercurio, por lo que desecharlos no es un problema medioambiental tan complicado", añade el catedrático.
Pero para aprovechar estas ventajas los científicos deben superar algunos obstáculos importantes, como que los LED de GaN son demasiado caros para fabricarlos para un uso a gran escala en hogares y centros de trabajo. Además, otro de los factores limitantes es la luz fuerte que emiten. Los investigadores han desvelado recientemente porque se produce ese fenómeno gracias a una nueva y completa teoría, desarrollada en colaboración con Phil Dawson, catedrático de la Universidad de Manchester (Reino Unido).
"Comprender esto es vital para mejorar la calidad y la eficiencia de las luces de GaN", afirma Humphreys, que añade: "Nuestro centro también está trabajando en una técnica innovadora para depositar el GaN sobre discos de silicio de 15 centímetros, en lugar de los discos de zafiro que se usaban hasta ahora. Esto podría reducir los costes de fabricación a la décima parte, y así contribuiría a que las luces de nitruro de galio se introdujesen en nuevos mercados". Otro de los proyectos del centro se centra en lograr que la iluminación con GaN imite a la luz del sol, lo que podría tener importantes beneficios para quienes padecen trastornos afectivos estacionales.
Humphreys predice que las luces de GaN "deberían empezar a dejar notar su presencia en las casas y oficinas en un plazo de unos cinco años", lo que no sólo será bueno para el medio ambiente, sino que también beneficiará a los consumidores en cuanto a comodidad, ahorro de electricidad y calidad de vida".
Las posibilidades futuras de las luces de nitruro de galio son muy diversas. Actualmente los LED de este compuesto se recubren con fósforo para transformar la luz azul en luz blanca. Pero existe la posibilidad de retirar la cubierta e incluir varios LED en miniatura, cada uno de los cuales emitiría luz en un color diferente dentro de la "bombilla" general.
Los LED en miniatura emitirían juntos la luz blanca, pero la gente en casa o en la oficina podría modificar el equilibrio exacto (para conseguir, por ejemplo, una luz azulada) según su estado de ánimo. "Ésta y otras aplicaciones, como en medicina para detectar tumores o para el tratamiento de aguas en países en vías de desarrollo, podrían estar disponible en 10 años", vaticina Humphreys.
Fuente: Link
Publicado por : Reyes Vargas Jairo Alberto
Los científicos consideran que cuando se pueda usar el GaN para iluminar las casas y las oficinas será como haber encontrado el Santo Grial. Si se consigue, se podría reducir en un 75% el consumo habitual de luz eléctrica en los países desarrollados y, a la vez, se contribuiría a disminuir enormemente las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas y a preservar las reservas de combustibles fósiles.
"Los diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés) de nitruro de galio (GaN) tienen un futuro muy prometedor", asegura Humphreys, que coordina las investigaciones como catedrático del Centro para el Nitruro de Galio en la Universidad de Cambridge (Reino Unido). Estos LED son "asombrosamente duraderos, ya que pueden proporcionar 100.000 horas de luz (100 veces más que una bombilla convencional), y en la práctica eso significa que con el uso normal de una familia habría que cambiarlos a los 60 años".
"Además, a diferencia de las luces fluorescentes compactas de bajo consumo que se usan ahora, los LED de nitruro de galio no contienen mercurio, por lo que desecharlos no es un problema medioambiental tan complicado", añade el catedrático.
Pero para aprovechar estas ventajas los científicos deben superar algunos obstáculos importantes, como que los LED de GaN son demasiado caros para fabricarlos para un uso a gran escala en hogares y centros de trabajo. Además, otro de los factores limitantes es la luz fuerte que emiten. Los investigadores han desvelado recientemente porque se produce ese fenómeno gracias a una nueva y completa teoría, desarrollada en colaboración con Phil Dawson, catedrático de la Universidad de Manchester (Reino Unido).
"Comprender esto es vital para mejorar la calidad y la eficiencia de las luces de GaN", afirma Humphreys, que añade: "Nuestro centro también está trabajando en una técnica innovadora para depositar el GaN sobre discos de silicio de 15 centímetros, en lugar de los discos de zafiro que se usaban hasta ahora. Esto podría reducir los costes de fabricación a la décima parte, y así contribuiría a que las luces de nitruro de galio se introdujesen en nuevos mercados". Otro de los proyectos del centro se centra en lograr que la iluminación con GaN imite a la luz del sol, lo que podría tener importantes beneficios para quienes padecen trastornos afectivos estacionales.
Humphreys predice que las luces de GaN "deberían empezar a dejar notar su presencia en las casas y oficinas en un plazo de unos cinco años", lo que no sólo será bueno para el medio ambiente, sino que también beneficiará a los consumidores en cuanto a comodidad, ahorro de electricidad y calidad de vida".
Las posibilidades futuras de las luces de nitruro de galio son muy diversas. Actualmente los LED de este compuesto se recubren con fósforo para transformar la luz azul en luz blanca. Pero existe la posibilidad de retirar la cubierta e incluir varios LED en miniatura, cada uno de los cuales emitiría luz en un color diferente dentro de la "bombilla" general.
Los LED en miniatura emitirían juntos la luz blanca, pero la gente en casa o en la oficina podría modificar el equilibrio exacto (para conseguir, por ejemplo, una luz azulada) según su estado de ánimo. "Ésta y otras aplicaciones, como en medicina para detectar tumores o para el tratamiento de aguas en países en vías de desarrollo, podrían estar disponible en 10 años", vaticina Humphreys.
Fuente: Link
Publicado por : Reyes Vargas Jairo Alberto
Microchips Comestibles
Gracias a los investigadores de California la medicina puede cambiar por completo. Ellos inventaron un microchip encerrado en una pastilla. Después de que la pastilla se desuelve en el estómago el microchip empieza a recoger la información – la temperatura, la presión arterial, frecuencia cardíaca y otros indicadores. Todos los datos se envían a un equipo médico o al teléfono móvil del paciente que permite un diagnóstico mucho más rápido y determina la eficacia del tratamiento.
Fuente: Link
Publicada por: Jairo Reyes
Se ha creado el primer microchip con memristores
El último viernes se llevó a cabo el "Memristor and Memristive Systems Symposium" en la UC Berkeley, donde estuvieron los máximos exponentes de este nuevo descubrimiento, incluido el profesor Leon Chua, quien evaluó la posibilidad de un memristor en el año 1971. Además de las charlas y las presentaciones que se hicieron en este simposio, lo más importante fue la presentación del primer microchip que incorpora la tecnología de memristores. El prototipo es un híbrido memristor-transistor al cual se le quitaron gran parte de sus transistores, los cuales fueron reemplazados por memristores. "Como los memristores están hechos del mismo material que se usan en los circuitos integrados, fue muy fácil integrarlos a los transistores", dijo Stanley Williams, investigador de HP Labs a cargo del descubrimiento.
Esta clase de tecnología permitiría lograr chips con una menor cantidad de transistores, obteniendo múltiples beneficios. Además del ahorro de materiales, se puede colocar un mayor poder de procesamiento en un espacio idéntico al mismo tiempo que se consume menos energía, lo cual también lleva a una generación de calor mucho menor. El investigador de HP Stan Williams declaró que "están intentando darle un empujón a la Ley de Moore". Esta ley dice que la cantidad de transistores en un circuito de computación se duplica cada dos años, al igual que el rendimiento de los ordenadores. Más que un empujón, si los memristores comienzan a usarse de forma general en los ordenadores en el corto plazo, la Ley de Moore se vería puesta en órbita.
De acuerdo a las declaraciones de Williams, el único inconveniente actual es que la tecnología de memristores es muy nueva y existen pocas personas que pueden diseñar circuitos basados en memristores actualmente. Sin embargo, también realizó una predicción al mejor estilo de Gordon Moore: Vaticinó que la tecnología de memristores alcanzaría un estado comercial dentro de los próximos tres años. Esperamos que tenga razón.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
El chip al cual se le quitaron transistores, que fueron reemplazados con memristores
Stanley Williams en un presentación
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Memristor el Cuarto elemento circuital pasivo
En teoría de circuitos eléctricos, el memristor es un elemento de circuito pasivo. Ha sido descrito como el cuarto elemento de los circuitos pasivos, Junto con los tres mejor conocidos: el condensador, la resistencia y el inductor. El nombre es una palabra compuesta de memory resistor (resistencia-memoria).
Un memristor efectivamente almacena información porque el nivel de su resistencia eléctrica cambia cuando es aplicada la corriente.[cita requerida] Donde una resistencia típica proporciona un nivel estable de resistencia, un memristor puede tener un alto nivel de resistencia que puede ser interpretado en una computadora en términos de datos como un "1", y un bajo nivel que puede ser interpretado como un "0". Así, controlando la corriente, los datos pueden ser guardados y reescritos. En un sentido, un memristor es una resistencia variable que, con su resistencia, refleja su propia historia.[cita requerida]
El memristor fue predicho y descrito en 1971 por Leon Chua, de la Universidad de California, Berkeley, en un artículo que apareció en IEEE Transactions on Circuit Theory.[2]
Durante 37 años, el memristor fue un dispositivo hipotético, sin ejemplos físicos. En abril de 2008, una implementación física del memristor fue divulgada en Nature por un equipo de investigadores de HP Labs.
Física
El memresistor es un elemento en el que el flujo magnético ΦB es una función de la carga eléctrica q que fluye a través del dispositivo. Es decir, ΦB = ΦB(q). La tasa de cambio del flujo con carga.
El voltaje V a través de un memristor está relacionado con la corriente I por el valor instantáneo de la memristencia:
Tipos
Célula electroquímica
El memristor fue usado para caracterizar el comportamiento de células electroquímicas.
Estado sólido
El interés en el memristor revivió en 2007 cuando Stanley Williams de Hewlett Packard informó de una versión experimental de estado sólido. No se pudo construir un dispositivo de estado sólido hasta que lo hizo posible el comportamiento inusual de los materiales de nanoescala. HP ha hecho un prototipo de una memoria crossbar latch usando dispositivos en donde pueden caber 100 gigabits en un centímetro cuadrado. Por comparación, las memorias flash de más alta densidad almacenan 16 Gbit en la misma área. La resistencia de los dispositivos sería leída con corriente alterna de modo que no afecten el valor almacenado.
Samsung tiene una solicitud de patente pendiente de Estados Unidos para un memristor similar al descrito por Williams. Así que es cuestionable si el grupo de Williams es el primer autor de esta estructura.
Aplicaciones potenciales
Los memristors de estado sólido de Williams pueden ser combinados para formar transistores, aunque son mucho más pequeños. Pueden también ser formados como memoria de estado sólido no volátil, que permitiría una mayor densidad de datos que los discos duros con tiempos de acceso similares a la DRAM, substituyendo ambos componentes. Además, al ser un dispositivo analógico, no solo podría almacenar bits ("1"s y "0"s), sino bytes o cadenas de bytes en el mismo espacio, solamente mejorando el dispositivo de control del memristor. Esto ofrece un futuro muy prometedor a largo plazo.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Un memristor efectivamente almacena información porque el nivel de su resistencia eléctrica cambia cuando es aplicada la corriente.[cita requerida] Donde una resistencia típica proporciona un nivel estable de resistencia, un memristor puede tener un alto nivel de resistencia que puede ser interpretado en una computadora en términos de datos como un "1", y un bajo nivel que puede ser interpretado como un "0". Así, controlando la corriente, los datos pueden ser guardados y reescritos. En un sentido, un memristor es una resistencia variable que, con su resistencia, refleja su propia historia.[cita requerida]
El memristor fue predicho y descrito en 1971 por Leon Chua, de la Universidad de California, Berkeley, en un artículo que apareció en IEEE Transactions on Circuit Theory.[2]
Durante 37 años, el memristor fue un dispositivo hipotético, sin ejemplos físicos. En abril de 2008, una implementación física del memristor fue divulgada en Nature por un equipo de investigadores de HP Labs.
Física
El memresistor es un elemento en el que el flujo magnético ΦB es una función de la carga eléctrica q que fluye a través del dispositivo. Es decir, ΦB = ΦB(q). La tasa de cambio del flujo con carga.
- resistencia
- capacitancia
- inductancia
El voltaje V a través de un memristor está relacionado con la corriente I por el valor instantáneo de la memristencia:
Tipos
Célula electroquímica
El memristor fue usado para caracterizar el comportamiento de células electroquímicas.
Estado sólido
El interés en el memristor revivió en 2007 cuando Stanley Williams de Hewlett Packard informó de una versión experimental de estado sólido. No se pudo construir un dispositivo de estado sólido hasta que lo hizo posible el comportamiento inusual de los materiales de nanoescala. HP ha hecho un prototipo de una memoria crossbar latch usando dispositivos en donde pueden caber 100 gigabits en un centímetro cuadrado. Por comparación, las memorias flash de más alta densidad almacenan 16 Gbit en la misma área. La resistencia de los dispositivos sería leída con corriente alterna de modo que no afecten el valor almacenado.
Samsung tiene una solicitud de patente pendiente de Estados Unidos para un memristor similar al descrito por Williams. Así que es cuestionable si el grupo de Williams es el primer autor de esta estructura.
Aplicaciones potenciales
Los memristors de estado sólido de Williams pueden ser combinados para formar transistores, aunque son mucho más pequeños. Pueden también ser formados como memoria de estado sólido no volátil, que permitiría una mayor densidad de datos que los discos duros con tiempos de acceso similares a la DRAM, substituyendo ambos componentes. Además, al ser un dispositivo analógico, no solo podría almacenar bits ("1"s y "0"s), sino bytes o cadenas de bytes en el mismo espacio, solamente mejorando el dispositivo de control del memristor. Esto ofrece un futuro muy prometedor a largo plazo.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
1Gbps Optical Wireless Network Could Replace Wi-Fi for Indoor Use
The Pennsylvania State University has developed a new method of indoor Optical Wireless network that does not require a line-of-sight and runs at speeds of 1Gbps+. The setup uses multi-element transmitters and multi-branch optical receivers in a quasi-diffuse configuration (*head explodes*) and could eventually replace Wi-Fi.
The system uses a high-powered laser diode -- a device that converts electricity into light -- as the optical transmitter and an avalanche photo diode -- a device that converts light to electricity -- as the receiver. The light bounces off the walls and is picked up by the receiver.
Traditional radio frequency systems ( Wi-Fi , WiMAX , 3G etc. ) do not require line of sight transmission, but can pass through some substances and so present a security problem. Light, in a room without windows, will not escape the room, improving security, but also allowing the same frequencies to be used in adjacent rooms without interference.
Multiple sensors could allow the light signal to pass from room to room or even from floor to floor. The system could also be set up to convert the signal to electricity, transfer it to another location and change it back to light. Optical systems can also operate in locations where radio frequency transmission would interfere with other equipment.
There are certainly some clear advantages to the technology, although traditional wireless networks are already approaching similar speeds and have the added advantage of being cheap. They also do not require additional relay stations (in small home environments) to push the signal around additional rooms. In any case it's a long and slow road from the lab to a commercial product.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
The system uses a high-powered laser diode -- a device that converts electricity into light -- as the optical transmitter and an avalanche photo diode -- a device that converts light to electricity -- as the receiver. The light bounces off the walls and is picked up by the receiver.
Jarir Fadlullah, a graduate student in electrical engineering, said:
"The optical system we have offers a very large bandwidth thus a very high speed. We can send one gigabit per second or more over a gigahertz band. Unless the walls are painted solid black [ABSORBS TOO MUCH LIGHT], there is no need to worry about transmission within a room."
"The optical system we have offers a very large bandwidth thus a very high speed. We can send one gigabit per second or more over a gigahertz band. Unless the walls are painted solid black [ABSORBS TOO MUCH LIGHT], there is no need to worry about transmission within a room."
Traditional radio frequency systems ( Wi-Fi , WiMAX , 3G etc. ) do not require line of sight transmission, but can pass through some substances and so present a security problem. Light, in a room without windows, will not escape the room, improving security, but also allowing the same frequencies to be used in adjacent rooms without interference.
Multiple sensors could allow the light signal to pass from room to room or even from floor to floor. The system could also be set up to convert the signal to electricity, transfer it to another location and change it back to light. Optical systems can also operate in locations where radio frequency transmission would interfere with other equipment.
There are certainly some clear advantages to the technology, although traditional wireless networks are already approaching similar speeds and have the added advantage of being cheap. They also do not require additional relay stations (in small home environments) to push the signal around additional rooms. In any case it's a long and slow road from the lab to a commercial product.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Las baterías de hidrógeno para móviles ya son una realidad
La empresa Angstrom, de la cual hablamos hace unos días por su linterna de hidrógeno A2, ha integrado junto con Motorola un prototipo de móvil alimentado por hidrógeno en fase beta. Han utilizado para las pruebas el modelo MOTOSLVR L7.
La adaptación a este tipo de célula de combustible no ha modificado la estructura externa del MOTOSLVR L7, tiene las mismas dimensiones que con una batería convencional de litio. Las células de hidrógeno duran el doble que las de litio y se recargan en sólo 10 minutos gracias a su tecnología Mycro Hydrogen. Las pruebas realizadas con el prototipo doblaban los tiempos de conversación respecto al modelo normal.
Angstrom está colaborando con varios fabricantes de móviles, fabricantes de baterías y de pequeños dispositivos electrónicos, para la integración de su sistema de célula de hidrógeno en sus dispositivos. Ha superado varios trámites necesarios para poder llevar esta tecnología al gran público, uno de ellos es el permiso de la Organización internacional de aviación civil, que ha modificado su normativa para que los usuarios puedan llevar sus dispositivos alimentados con célula de hidrógeno en vuelos comerciales a partir de enero de 2009. Como sabéis no está permitido llevar ciertos líquidos en los vuelos. Este problema también se presentó cuando aparecieron algunos dispositivos como cámaras de fotos o reproductores MP3 alimentados con etanol. En Canadá ya está permitido el hidrógeno en los vuelos (se rige por otra normativa) y los productos de Angstrom ya han realizado más de 60 vuelos comerciales.Durante años el gran problema de las baterías de los pequeños dispositivos ha sido su gran tamaño y peso y la poca autonomía que proporcionan, cada vez se fabrican móviles, reproductores de vídeo y audio más potentes y que requieren más energía para funcionar. Mientras los dispositivos avanzan de forma espectacular año tras año, las baterías permanecen estancadas con muy pocas mejoras sobre los modelos anteriores.
Quizá la adopción de este tipo de células de hidrógeno marque un hito en cuanto a almacenamiento de energía para estos aparatos. El doble de autonomía y tiempos de carga de 10 minutos suponen un gran avance. El interés que ha despertado esta tecnología entre los principales fabricantes hace que los expertos calculen una demanda de 1 billón de unidades en 2010.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Avances en la electrónica del grafeno
Nuevos avances en la confección de circuitos electrónicos realizados en grafeno nos dicen que algún día contaremos con una nueva nanoelectrónica.
Hace no tantos años describíamos en NeoFronteras los primeros pasos del grafeno. Antes de eso no se sabía siquiera que el grafeno pudiera existir de forma aislada y estable. Son las láminas de grosor atómico constituidas por carbono que forman el grafito. Los primeros experimentos de extracción de grafeno se basaban en sistemas tan rudimentarios como pegar una lámina de cinta adhesiva sobre un trozo de grafito y retirarla de él con la esperanza de haberse llevado alguna lámina de grafeno. Mucho se ha avanzado desde entonces en el campo. Las esperanzas una vez depositadas en este material como substrato para una electrónica avanzada nanotecnológica parece que se van cumpliendo.
El grafeno tiene propiedades eléctricas, óptica, térmicas y mecánicas únicas. Los átomos de carbono se disponen en el grafeno en forma de una red hexagonal, por esa monocapa los electrones pueden circular a 1.000.000 m/s, mucho más rápido que en el silicio y una fracción importante de la velocidad de la luz*, lo que le hace candidato a una electrónica rápida, unas 100 ó 1000 veces más rápida que la basada en silicio. Si al final resulta el negocio podría ser multimillonario.
En los últimos días se han producido un par de noticias al respecto. En un primer caso, investigadores de Penn State han conseguido "obleas" de 100 mm de diámetro sobre las que han podido grabar múltiples circuitos. Para sintetizar estas obleas utilizan un proceso de sublimación de silicio, que en definitiva se basa en calentar una lámina de carburo de silicio en la que los átomos de silicio de la superficie escapan de ella hasta que sobre la misma sólo queda una monocapa o bicapa de carbono que finalmente forma el grafeno. La plusmarca de 10 cm de diámetro dobla la marca anterior y se espera llegar a los 20 cm pronto.
Pero son los investigadores de IBM los que parecen haber confeccionado con tanto éxito transistores basados en grafeno que han pulverizado el record en frecuencia de reloj. Un transistor de radiofrecuencia fabricado por esta compañía ha alcanzado los 100 GHz (100.000 millones de ciclos por segundo). Al parecer DARPA está muy interesada en este tipo de aplicaciones para la nueva generación de dispositivos de comunicación.
En este caso el grafeno se hace crecer por epitaxia usando un proceso compatible con el empleado en la fabricación de dispositivos de silicio. IBM espera también emplear este tipo de electrónica en nuevos circuitos integrados.
El nuevo transistor utiliza una arquitectura de puerta metálica superior y un aislante basado en polímeros y óxido de alta constante dieléctrica (los detalles dados por IBM son un tanto vagos por obvias razones). La longitud de la puerta es modesta, de 240 nm, dejando amplia libertad para la optimización de su comportamiento y a su miniaturización.
Pero la frecuencia alcanzada excede la mejor lograda en silicio, situada en los 40 GHz. En otros transistores basados en grafeno se habían obtenido marcas de sólo 26 GHz.
* Esta característica incluso le ha hecho merecedor al grafeno de un episodio en la serie "The Big Bang Theory" recientemente.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
 | |
|
El grafeno tiene propiedades eléctricas, óptica, térmicas y mecánicas únicas. Los átomos de carbono se disponen en el grafeno en forma de una red hexagonal, por esa monocapa los electrones pueden circular a 1.000.000 m/s, mucho más rápido que en el silicio y una fracción importante de la velocidad de la luz*, lo que le hace candidato a una electrónica rápida, unas 100 ó 1000 veces más rápida que la basada en silicio. Si al final resulta el negocio podría ser multimillonario.
En los últimos días se han producido un par de noticias al respecto. En un primer caso, investigadores de Penn State han conseguido "obleas" de 100 mm de diámetro sobre las que han podido grabar múltiples circuitos. Para sintetizar estas obleas utilizan un proceso de sublimación de silicio, que en definitiva se basa en calentar una lámina de carburo de silicio en la que los átomos de silicio de la superficie escapan de ella hasta que sobre la misma sólo queda una monocapa o bicapa de carbono que finalmente forma el grafeno. La plusmarca de 10 cm de diámetro dobla la marca anterior y se espera llegar a los 20 cm pronto.
 | |
|
En este caso el grafeno se hace crecer por epitaxia usando un proceso compatible con el empleado en la fabricación de dispositivos de silicio. IBM espera también emplear este tipo de electrónica en nuevos circuitos integrados.
El nuevo transistor utiliza una arquitectura de puerta metálica superior y un aislante basado en polímeros y óxido de alta constante dieléctrica (los detalles dados por IBM son un tanto vagos por obvias razones). La longitud de la puerta es modesta, de 240 nm, dejando amplia libertad para la optimización de su comportamiento y a su miniaturización.
Pero la frecuencia alcanzada excede la mejor lograda en silicio, situada en los 40 GHz. En otros transistores basados en grafeno se habían obtenido marcas de sólo 26 GHz.
* Esta característica incluso le ha hecho merecedor al grafeno de un episodio en la serie "The Big Bang Theory" recientemente.
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Se confirma que el grafeno es el material más fuerte del mundo
Hace tiempo que investigadores e industriales piensan en el grafeno (aislado por primera vez en 2004) como sustituto del silicio para el desarrollo de los semi-conductores en los que se sustentarán los futuros ordenadores ultra-rápidos. Y ésta es sólo una de las múltiples aplicaciones que evolucionan ya –tanto en el ámbito de la nanotecnología como fuera de él– a partir de este material de extraordinarias propiedades. Ahora los científicos han confirmado lo que también sospechaban hace ya tiempo: que se trata del material más fuerte que jamás hayamos conocido. Por César Gutiérrez.
Desde que finalmente se diera con él en 2004, el goteo de noticias (a cual más asombrosa) acerca del grafeno ha sido continuo. Han aumentado sin cesar las tesis doctorales (de un par de ellas hace cuatro años a cientos en 2007), las investigaciones y las notas de prensa sobre nuevas aplicaciones de este reciente y extraordinario material. En Tendencias21 ya hemos informado de la creación del primer nanotransistor construido con grafeno y también del desarrollo de un derivado del material, el óxido de grafeno, de propiedades no menos sorprendentes.
Las aplicaciones del grafeno (algunas aún potenciales y otras llevadas ya a la realidad y la práctica) incluyen desde sus usos electrónicos –dadas sus extraordinarias propiedades conductoras y semiconductoras–, hasta la futura construcción de ascensores espaciales, pasando por la fabricación de corazas humanas en el ámbito de la seguridad, por ejemplo un chaleco antibalas de una flexibilidad sólo comparable a su extrema resistencia, y tan fino como el papel.
La última novedad sobre el grafeno, según informa en un comunicado la Universidad de Columbia,
es que, por primera vez, los investigadores han confirmado lo que ya se sospechaba: que se trata del material más fuerte jamás testeado.
Un sólido futuro
Las pruebas han sido llevadas a cabo por Jaffrey Kysar y James Hone, profesores de ingeniería mecánica de la Universidad de Columbia, y consistieron en la medición de la fuerza que se necesita para romper el grafeno. Para ello tuvieron que utilizar –como no podía ser de otro modo– diamante, asimismo alótropo del carbono y mineral natural de extrema dureza, con un 10 asignado en la clásica escala de dureza de Mohs.
Se hicieron agujeros de un micrómetro de ancho sobre una lámina de silicio y se puso en cada uno de esos agujeros una muestra perfecta de grafeno. Y a continuación rompieron el grafeno con un instrumento puntiagudo hecho de diamante.
Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Hone propuso a Technology Review una curiosa analogía. Comparó las pruebas realizadas por él y Kysar con poner una cubierta de plástico sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero.
Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima el lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría.
Claro que esto sería muy difícil, no sólo por la dificultad de poner un automóvil sobre un lapicero, sino porque es extremadamente difícil conseguir una muestra de grafeno perfecto al nivel macróscópico de los lapiceros y las tazas de café ("Sólo una muestra minúscula puede ser perfecta y super-resistente", aseguró Hone); pero la comparación es perfectamente válida porque ésa es proporcionalmente la resistencia del grafeno a nivel microscópico.
Nanoestructuras de carbono
Conviene recordar que se trata de un material obtenido a partir del grafito, con la reseñable particularidad de que aquél consiste sólo en una de las capas que conforman a éste. Es decir, y para ubicarnos en el orden nanométrico al que nos estamos refiriendo: la lámina de grafeno tiene el grosor de "un" átomo; independientemente de las formas y estructuras que pueda adquirir (por ejemplo, los nanotubos, si la lámina se enrolla en forma de cilindo, o las buckyballs –traducidas como fullerenos o como buckybolas–, si la lámina se enrolla en forma de balón), o cuántas de esas capas puedan superponerse o combinarse para sus aplicaciones y usos industriales.
Como curiosidad, para obtener las capas individuales de grafeno a partir del grafito (previamente frotado sobre una lámina de silicio) en los laboratorios universitarios se ha venido utilizando el llamado "método del celo", que consiste en aplicar una "cinta adhesiva" doblada a los dos extremos de la pieza de grafito, y después separándola; y repitiendo el proceso varias veces hasta la obtención de una única capa. Todo ello (cinta adhesiva incluida) a escala nanométrica, claro.
En algunas universidades se viene pagando unos 10 dólares a los becarios por realizar este trabajo. Para su producción industrial se continúan investigando y desarrollando métodos obviamente distintos al "del celo" y, dada la cantidad de nuevas potenciales aplicaciones que día a día se plantean para el grafeno y las extraordinarias propiedades del mismo que una y otra vez se descubren o se confirman, se espera que pronto pueda hacerse a gran escala y bajo coste.
El fin del silicio
La industria de semiconductores –uno de los campos donde el material parece ser más prometedor–, que tiene la intención de construir ordenadores mucho más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno, está de enhorabuena con estas últimas pruebas sobre la fortaleza del mismo.
Precisamente uno de los principales impedimentos en la construcción de microprocesadores es la presión –según explica Julia Greer, investigadora del Instituto Tecnológico de California (Caltech)–, y los materiales usados para fabricar los transistores no sólo deben tener excelentes propiedades eléctricas, "sino que también deben ser capaces de sobrevivir a la tensión a que se ven sometidos durante el proceso de fabricación y al calentamiento generado por repetidas operaciones. El proceso utilizado para estampar conexiones eléctricas metálicas en los microprocesadores, por ejemplo, ejerce una tensión que puede provocar el fallo de los chips."
Greer concluye que "el calor es demasiado para que los materiales lo soporten". Pero ahora, tras las pruebas realizadas sobre la resistencia del grafeno, parece quedar demostrado que éste es capaz de soportarlo.
Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, quien fue el primero en aislar láminas bidimensionales del material, ha comentado: "Sabíamos que el grafeno era el material más resistente; este trabajo lo confirma".
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Las aplicaciones del grafeno (algunas aún potenciales y otras llevadas ya a la realidad y la práctica) incluyen desde sus usos electrónicos –dadas sus extraordinarias propiedades conductoras y semiconductoras–, hasta la futura construcción de ascensores espaciales, pasando por la fabricación de corazas humanas en el ámbito de la seguridad, por ejemplo un chaleco antibalas de una flexibilidad sólo comparable a su extrema resistencia, y tan fino como el papel.
La última novedad sobre el grafeno, según informa en un comunicado la Universidad de Columbia,
es que, por primera vez, los investigadores han confirmado lo que ya se sospechaba: que se trata del material más fuerte jamás testeado.
Un sólido futuro
Las pruebas han sido llevadas a cabo por Jaffrey Kysar y James Hone, profesores de ingeniería mecánica de la Universidad de Columbia, y consistieron en la medición de la fuerza que se necesita para romper el grafeno. Para ello tuvieron que utilizar –como no podía ser de otro modo– diamante, asimismo alótropo del carbono y mineral natural de extrema dureza, con un 10 asignado en la clásica escala de dureza de Mohs.
Se hicieron agujeros de un micrómetro de ancho sobre una lámina de silicio y se puso en cada uno de esos agujeros una muestra perfecta de grafeno. Y a continuación rompieron el grafeno con un instrumento puntiagudo hecho de diamante.
Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Hone propuso a Technology Review una curiosa analogía. Comparó las pruebas realizadas por él y Kysar con poner una cubierta de plástico sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero.
Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima el lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría.
Claro que esto sería muy difícil, no sólo por la dificultad de poner un automóvil sobre un lapicero, sino porque es extremadamente difícil conseguir una muestra de grafeno perfecto al nivel macróscópico de los lapiceros y las tazas de café ("Sólo una muestra minúscula puede ser perfecta y super-resistente", aseguró Hone); pero la comparación es perfectamente válida porque ésa es proporcionalmente la resistencia del grafeno a nivel microscópico.
Nanoestructuras de carbono
Conviene recordar que se trata de un material obtenido a partir del grafito, con la reseñable particularidad de que aquél consiste sólo en una de las capas que conforman a éste. Es decir, y para ubicarnos en el orden nanométrico al que nos estamos refiriendo: la lámina de grafeno tiene el grosor de "un" átomo; independientemente de las formas y estructuras que pueda adquirir (por ejemplo, los nanotubos, si la lámina se enrolla en forma de cilindo, o las buckyballs –traducidas como fullerenos o como buckybolas–, si la lámina se enrolla en forma de balón), o cuántas de esas capas puedan superponerse o combinarse para sus aplicaciones y usos industriales.
Como curiosidad, para obtener las capas individuales de grafeno a partir del grafito (previamente frotado sobre una lámina de silicio) en los laboratorios universitarios se ha venido utilizando el llamado "método del celo", que consiste en aplicar una "cinta adhesiva" doblada a los dos extremos de la pieza de grafito, y después separándola; y repitiendo el proceso varias veces hasta la obtención de una única capa. Todo ello (cinta adhesiva incluida) a escala nanométrica, claro.
En algunas universidades se viene pagando unos 10 dólares a los becarios por realizar este trabajo. Para su producción industrial se continúan investigando y desarrollando métodos obviamente distintos al "del celo" y, dada la cantidad de nuevas potenciales aplicaciones que día a día se plantean para el grafeno y las extraordinarias propiedades del mismo que una y otra vez se descubren o se confirman, se espera que pronto pueda hacerse a gran escala y bajo coste.
El fin del silicio
La industria de semiconductores –uno de los campos donde el material parece ser más prometedor–, que tiene la intención de construir ordenadores mucho más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno, está de enhorabuena con estas últimas pruebas sobre la fortaleza del mismo.
Precisamente uno de los principales impedimentos en la construcción de microprocesadores es la presión –según explica Julia Greer, investigadora del Instituto Tecnológico de California (Caltech)–, y los materiales usados para fabricar los transistores no sólo deben tener excelentes propiedades eléctricas, "sino que también deben ser capaces de sobrevivir a la tensión a que se ven sometidos durante el proceso de fabricación y al calentamiento generado por repetidas operaciones. El proceso utilizado para estampar conexiones eléctricas metálicas en los microprocesadores, por ejemplo, ejerce una tensión que puede provocar el fallo de los chips."
Greer concluye que "el calor es demasiado para que los materiales lo soporten". Pero ahora, tras las pruebas realizadas sobre la resistencia del grafeno, parece quedar demostrado que éste es capaz de soportarlo.
Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, quien fue el primero en aislar láminas bidimensionales del material, ha comentado: "Sabíamos que el grafeno era el material más resistente; este trabajo lo confirma".
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Se confirma que el grafeno es el material más fuerte del mundo
Hace tiempo que investigadores e industriales piensan en el grafeno (aislado por primera vez en 2004) como sustituto del silicio para el desarrollo de los semi-conductores en los que se sustentarán los futuros ordenadores ultra-rápidos. Y ésta es sólo una de las múltiples aplicaciones que evolucionan ya –tanto en el ámbito de la nanotecnología como fuera de él– a partir de este material de extraordinarias propiedades. Ahora los científicos han confirmado lo que también sospechaban hace ya tiempo: que se trata del material más fuerte que jamás hayamos conocido. Por César Gutiérrez.
Artículos relacionados
Desde que finalmente se diera con él en 2004, el goteo de noticias (a cual más asombrosa) acerca del grafeno ha sido continuo. Han aumentado sin cesar las tesis doctorales (de un par de ellas hace cuatro años a cientos en 2007), las investigaciones y las notas de prensa sobre nuevas aplicaciones de este reciente y extraordinario material. En Tendencias21 ya hemos informado de la creación del primer nanotransistor construido con grafeno y también del desarrollo de un derivado del material, el óxido de grafeno, de propiedades no menos sorprendentes.
Las aplicaciones del grafeno (algunas aún potenciales y otras llevadas ya a la realidad y la práctica) incluyen desde sus usos electrónicos –dadas sus extraordinarias propiedades conductoras y semiconductoras–, hasta la futura construcción de ascensores espaciales, pasando por la fabricación de corazas humanas en el ámbito de la seguridad, por ejemplo un chaleco antibalas de una flexibilidad sólo comparable a su extrema resistencia, y tan fino como el papel.
La última novedad sobre el grafeno, según informa en un comunicado la Universidad de Columbia,
es que, por primera vez, los investigadores han confirmado lo que ya se sospechaba: que se trata del material más fuerte jamás testeado.
Un sólido futuro
Las pruebas han sido llevadas a cabo por Jaffrey Kysar y James Hone, profesores de ingeniería mecánica de la Universidad de Columbia, y consistieron en la medición de la fuerza que se necesita para romper el grafeno. Para ello tuvieron que utilizar –como no podía ser de otro modo– diamante, asimismo alótropo del carbono y mineral natural de extrema dureza, con un 10 asignado en la clásica escala de dureza de Mohs.
Se hicieron agujeros de un micrómetro de ancho sobre una lámina de silicio y se puso en cada uno de esos agujeros una muestra perfecta de grafeno. Y a continuación rompieron el grafeno con un instrumento puntiagudo hecho de diamante.
Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Hone propuso a Technology Review una curiosa analogía. Comparó las pruebas realizadas por él y Kysar con poner una cubierta de plástico sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero.
Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima el lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría.
Claro que esto sería muy difícil, no sólo por la dificultad de poner un automóvil sobre un lapicero, sino porque es extremadamente difícil conseguir una muestra de grafeno perfecto al nivel macróscópico de los lapiceros y las tazas de café ("Sólo una muestra minúscula puede ser perfecta y super-resistente", aseguró Hone); pero la comparación es perfectamente válida porque ésa es proporcionalmente la resistencia del grafeno a nivel microscópico.
Nanoestructuras de carbono
Conviene recordar que se trata de un material obtenido a partir del grafito, con la reseñable particularidad de que aquél consiste sólo en una de las capas que conforman a éste. Es decir, y para ubicarnos en el orden nanométrico al que nos estamos refiriendo: la lámina de grafeno tiene el grosor de "un" átomo; independientemente de las formas y estructuras que pueda adquirir (por ejemplo, los nanotubos, si la lámina se enrolla en forma de cilindo, o las buckyballs –traducidas como fullerenos o como buckybolas–, si la lámina se enrolla en forma de balón), o cuántas de esas capas puedan superponerse o combinarse para sus aplicaciones y usos industriales.
Como curiosidad, para obtener las capas individuales de grafeno a partir del grafito (previamente frotado sobre una lámina de silicio) en los laboratorios universitarios se ha venido utilizando el llamado "método del celo", que consiste en aplicar una "cinta adhesiva" doblada a los dos extremos de la pieza de grafito, y después separándola; y repitiendo el proceso varias veces hasta la obtención de una única capa. Todo ello (cinta adhesiva incluida) a escala nanométrica, claro.
En algunas universidades se viene pagando unos 10 dólares a los becarios por realizar este trabajo. Para su producción industrial se continúan investigando y desarrollando métodos obviamente distintos al "del celo" y, dada la cantidad de nuevas potenciales aplicaciones que día a día se plantean para el grafeno y las extraordinarias propiedades del mismo que una y otra vez se descubren o se confirman, se espera que pronto pueda hacerse a gran escala y bajo coste.
El fin del silicio
La industria de semiconductores –uno de los campos donde el material parece ser más prometedor–, que tiene la intención de construir ordenadores mucho más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno, está de enhorabuena con estas últimas pruebas sobre la fortaleza del mismo.
Precisamente uno de los principales impedimentos en la construcción de microprocesadores es la presión –según explica Julia Greer, investigadora del Instituto Tecnológico de California (Caltech)–, y los materiales usados para fabricar los transistores no sólo deben tener excelentes propiedades eléctricas, "sino que también deben ser capaces de sobrevivir a la tensión a que se ven sometidos durante el proceso de fabricación y al calentamiento generado por repetidas operaciones. El proceso utilizado para estampar conexiones eléctricas metálicas en los microprocesadores, por ejemplo, ejerce una tensión que puede provocar el fallo de los chips."
Greer concluye que "el calor es demasiado para que los materiales lo soporten". Pero ahora, tras las pruebas realizadas sobre la resistencia del grafeno, parece quedar demostrado que éste es capaz de soportarlo.
Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, quien fue el primero en aislar láminas bidimensionales del material, ha comentado: "Sabíamos que el grafeno era el material más resistente; este trabajo lo confirma".
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Las aplicaciones del grafeno (algunas aún potenciales y otras llevadas ya a la realidad y la práctica) incluyen desde sus usos electrónicos –dadas sus extraordinarias propiedades conductoras y semiconductoras–, hasta la futura construcción de ascensores espaciales, pasando por la fabricación de corazas humanas en el ámbito de la seguridad, por ejemplo un chaleco antibalas de una flexibilidad sólo comparable a su extrema resistencia, y tan fino como el papel.
La última novedad sobre el grafeno, según informa en un comunicado la Universidad de Columbia,
es que, por primera vez, los investigadores han confirmado lo que ya se sospechaba: que se trata del material más fuerte jamás testeado.
Un sólido futuro
Las pruebas han sido llevadas a cabo por Jaffrey Kysar y James Hone, profesores de ingeniería mecánica de la Universidad de Columbia, y consistieron en la medición de la fuerza que se necesita para romper el grafeno. Para ello tuvieron que utilizar –como no podía ser de otro modo– diamante, asimismo alótropo del carbono y mineral natural de extrema dureza, con un 10 asignado en la clásica escala de dureza de Mohs.
Se hicieron agujeros de un micrómetro de ancho sobre una lámina de silicio y se puso en cada uno de esos agujeros una muestra perfecta de grafeno. Y a continuación rompieron el grafeno con un instrumento puntiagudo hecho de diamante.
Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Hone propuso a Technology Review una curiosa analogía. Comparó las pruebas realizadas por él y Kysar con poner una cubierta de plástico sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero.
Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima el lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría.
Claro que esto sería muy difícil, no sólo por la dificultad de poner un automóvil sobre un lapicero, sino porque es extremadamente difícil conseguir una muestra de grafeno perfecto al nivel macróscópico de los lapiceros y las tazas de café ("Sólo una muestra minúscula puede ser perfecta y super-resistente", aseguró Hone); pero la comparación es perfectamente válida porque ésa es proporcionalmente la resistencia del grafeno a nivel microscópico.
Nanoestructuras de carbono
Conviene recordar que se trata de un material obtenido a partir del grafito, con la reseñable particularidad de que aquél consiste sólo en una de las capas que conforman a éste. Es decir, y para ubicarnos en el orden nanométrico al que nos estamos refiriendo: la lámina de grafeno tiene el grosor de "un" átomo; independientemente de las formas y estructuras que pueda adquirir (por ejemplo, los nanotubos, si la lámina se enrolla en forma de cilindo, o las buckyballs –traducidas como fullerenos o como buckybolas–, si la lámina se enrolla en forma de balón), o cuántas de esas capas puedan superponerse o combinarse para sus aplicaciones y usos industriales.
Como curiosidad, para obtener las capas individuales de grafeno a partir del grafito (previamente frotado sobre una lámina de silicio) en los laboratorios universitarios se ha venido utilizando el llamado "método del celo", que consiste en aplicar una "cinta adhesiva" doblada a los dos extremos de la pieza de grafito, y después separándola; y repitiendo el proceso varias veces hasta la obtención de una única capa. Todo ello (cinta adhesiva incluida) a escala nanométrica, claro.
En algunas universidades se viene pagando unos 10 dólares a los becarios por realizar este trabajo. Para su producción industrial se continúan investigando y desarrollando métodos obviamente distintos al "del celo" y, dada la cantidad de nuevas potenciales aplicaciones que día a día se plantean para el grafeno y las extraordinarias propiedades del mismo que una y otra vez se descubren o se confirman, se espera que pronto pueda hacerse a gran escala y bajo coste.
El fin del silicio
La industria de semiconductores –uno de los campos donde el material parece ser más prometedor–, que tiene la intención de construir ordenadores mucho más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno, está de enhorabuena con estas últimas pruebas sobre la fortaleza del mismo.
Precisamente uno de los principales impedimentos en la construcción de microprocesadores es la presión –según explica Julia Greer, investigadora del Instituto Tecnológico de California (Caltech)–, y los materiales usados para fabricar los transistores no sólo deben tener excelentes propiedades eléctricas, "sino que también deben ser capaces de sobrevivir a la tensión a que se ven sometidos durante el proceso de fabricación y al calentamiento generado por repetidas operaciones. El proceso utilizado para estampar conexiones eléctricas metálicas en los microprocesadores, por ejemplo, ejerce una tensión que puede provocar el fallo de los chips."
Greer concluye que "el calor es demasiado para que los materiales lo soporten". Pero ahora, tras las pruebas realizadas sobre la resistencia del grafeno, parece quedar demostrado que éste es capaz de soportarlo.
Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, quien fue el primero en aislar láminas bidimensionales del material, ha comentado: "Sabíamos que el grafeno era el material más resistente; este trabajo lo confirma".
Fuente: Link
Publicado por: Reyes Vargas Jairo Alberto
Analysis of Analog Circuits
Negative feedback amplifier
When a fraction of the output of an amplifier is combined with the input, feedback exists; if the feedback opposes the original signal, it is negative feedback and if it increases the signal it is positive feedback. A negative feedback amplifier, or more commonly simply a feedback amplifier, is an amplifier which uses negative feedback to improve performance (gain stability, linearity, frequency response, step response) and reduce sensitivity to parameter variations due to manufacturing or environmental uncertainties. A single feedback loop with unilateral blocks is shown in Figure 1. Negative feedback is used in this way in many amplifiers and control systems.
Figure 1: Ideal negative feedback model
Classical feedback
Voltage amplifiers
Below, the gain of the amplifier with feedback, the closed-loop gain Afb, is derived in terms of the gain of the amplifier without feedback, the open-loop gain AOL and the feedback factor β, which governs how much of the output signal is applied to the input. See Figure 1, top right. The feedback parameter β is determined by the feedback network that is connected around the amplifier. For an operational amplifier two resistors may be used for the feedback network to set β between 0 and 1. This network may be modified using reactive elements like capacitors or inductors to (a) give frequency-dependent closed-loop gain as in equalization/tone-control circuits or (b) construct oscillators.Consider a voltage amplifier with voltage feedback. Without feedback, the output voltage Vout = AOL Vin, where the open-loop gain AOL in general may be a function of both frequency and voltage. The open-loop gain AOL is defined by:
Suppose we have a feedback loop so that a fraction β Vout of the output is subtracted from the input. The input to the amplifier is now V'in, where
,
The combination L = β AOL appears commonly in feedback analysis and is called the loop gain. The combination ( 1 + β AOL ) also appears commonly and is variously named as the desensitivity factor or the improvement factor.
Bandwidth extension
Feedback can be used to extend the bandwidth of an amplifier (speed it up) at the cost of lowering the amplifier gain. Figure 2 shows such a comparison. The figure is understood as follows. Without feedback the so-called open-loop gain in this example has a single time constant frequency response given by
The last expression shows the feedback amplifier still has a single time constant behavior, but the corner frequency is now increased by the improvement factor ( 1 + β A0 ), and the gain at zero frequency has dropped by exactly the same factor. This behavior is called the gain-bandwidth tradeoff. In Figure 2, ( 1 + β A0 ) = 103, so Afb(0)= 105 / 103 = 100 V/V, and fC increases to 104 × 103 = 107 Hz.
Multiple poles
When the open-loop gain has several poles, rather than the single pole of the above example, feedback can result in complex poles (real and imaginary parts). In a two-pole case, the result is peaking in the frequency response of the feedback amplifier near its corner frequency, and ringing and overshoot in its step response. In the case of more than two poles, the feedback amplifier can become unstable, and oscillate. See the discussion of gain margin and phase margin. For a complete discussion, see Sansen.Feedback and amplifier type
Amplifiers use current or voltage as input and output, so four types of amplifier are possible. See classification of amplifiers. Any of these four choices may be the open-loop amplifier used to construct the feedback amplifier. The objective for the feedback amplifier also may be any one of the four types of amplifier, not necessarily the same type as the open-loop amplifier. For example, an op amp (voltage amplifier) can be arranged to make a current amplifier instead. The conversion from one type to another is implemented using different feedback connections, usually referred to as series or shunt (parallel) connections. See the table below.
Two-port analysis of feedback
One approach to feedback is the use of return ratio. Here an alternative method used in most textbooks is presented by means of an example treated in the article on asymptotic gain model.Figure 3 shows a two-transistor amplifier with a feedback resistor Rf. The aim is to analyze this circuit to find three items: the gain, the output impedance looking into the amplifier from the load, and the input impedance looking into the amplifier from the source.
Replacement of the feedback network with a two-port
The first step is replacement of the feedback network by a two-port. Just what components go into the two-port?On the input side of the two-port we have Rf. If the voltage at the right side of Rf changes, it changes the current in Rf that is subtracted from the current entering the base of the input transistor. That is, the input side of the two-port is a dependent current source controlled by the voltage at the top of resistor R2.
One might say the second stage of the amplifier is just a voltage follower, transmitting the voltage at the collector of the input transistor to the top of R2. That is, the monitored output signal is really the voltage at the collector of the input transistor. That view is legitimate, but then the voltage follower stage becomes part of the feedback network. That makes analysis of feedback more complicated.
An alternative view is that the voltage at the top of R2 is set by the emitter current of the output transistor. That view leads to an entirely passive feedback network made up of R2 and Rf. The variable controlling the feedback is the emitter current, so the feedback is a current-controlled current source (CCCS). We search through the four available two-port networks and find the only one with a CCCS is the g-parameter two-port, shown in Figure 4. The next task is to select the g-parameters so that the two-port of Figure 4 is electrically equivalent to the L-section made up of R2 and Rf. That selection is an algebraic procedure made most simply by looking at two individual cases: the case with V1 = 0, which makes the VCVS on the right side of the two-port a short-circuit; and the case with I2 = 0. which makes the CCCS on the left side an open circuit. The algebra in these two cases is simple, much easier than solving for all variables at once. The choice of g-parameters that make the two-port and the L-section behave the same way are shown in the table below.
http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_feedback_amplifier
Rooselvet Ramirez EES
Cuadripolo o Redes de dos Puertos
Cuadripolo Se llama cuadripolo a una red (circuito eléctrico) con dos puertos (o dos pares de polos), considerada como una "caja negra" y caracterizada por una serie de parámetros, relacionados con las impedancias que presenta en cada una de las puertas y con su función de transferencia.La palabra bipuerto es, en realidad, más general que cuadripolo, piense por ejemplo en una guía de onda formada por un único conductor hueco, en este caso cada extremo de la guía es un puerto de acceso a la línea, donde se puede realizar un intercambio energético, pero es evidente que no puede identificarse 2 polos por cada puerto de acceso. El cuadripolo es un modelo muy potente para caracterizar componentes o secciones de circuitos (amplificadores, filtros, etc), de modo que no hace falta descender hasta el nivel de componente a la hora de analizar una red grande. Los parámetros más utilizados cuando se habla de cuadripolos son, entre otros:
 Topología de cuadripolos. La existencia de ocho a nueve puertas hace que parámetros como la impedancia de una puerta dependa de lo que haya conectado en la otra. Considerando un cuadripolo que sea un cable sin resistencia que conecte ambas puertas, en una de ellas se verá la impedancia que haya conectada en la otra. Por ello se emplean parámetros matriciales que son los siguientes: Impedancias, matriz ZLos términos de Z vienen dados por las expresiones siguientes: Admitancias, matriz YLos términos de Y vienen dados por las expresiones siguientes: Parámetros híbridos, HLos términos de H vienen dados por las expresiones siguientes: Los parámetros H son muy apropiados para la descripción del transistor. En particular β es h21, y así suele aparecer en las hojas de datos (HFE) Parámetros híbridos, GLos términos de G vienen dados por las expresiones siguientes: Los parámetros G son muy apropiados para la descripción de las válvulas termoiónicas. Parámetros TLos parámetros T expresan las magnitudes de una puerta en función de las de la otra. Son útiles para la conexión de cuadripolos en cascada. AnálisisPara el cálculo de los parámetros de un cuadripolo es necesario resolver el circuito que lo compone y, conocidos v1, v2, i1 e i2, se puede obtener cualquiera de las matrices. Pero para hacer esto, se puede optar por una estrategia que simplifica los cálculos.Supongamos que queremos calcular (Z). De las expresiones anteriores, vemos que si  Y, haciendo  lo que permite obtener (Z) sin necesidad de calcular toda la red. Del mismo modo, haciendo v1 = 0 y v2 = 0, se calcula (Y). Para los híbridos se elige, igualmente, el parámetro que se debe anular. Las corrientes se anulan dejando la puerta del cuadripolo sin conexión, mientras que las tensiones se anulan cortocircuitando el terminal. En la práctica, esto se realiza mediante ensayos. Interconexión de cuadripolos Del mismo modo que los demás componentes de un circuito, los cuadripolos se pueden conectar entre ellos para obtener otros cuadripolos más complejos. Se estudian las siguientes formas:
 Representación conceptual de la interconexión de cuadripolos. Acoplamiento entre cuadripolos  Eliminación de la corriente entre los cuadripolos. Limitaciones del modeloDebido a que el modelo se basa en consideraciones lineales de los circuitos (los coeficientes de las matrices características son constantes), en la mayoría de los casos sólo es aplicable este concepto a rangos limitados de frecuencias y a condiciones estables, donde justamente estos parámetros no varían en el circuito real.Sin embargo, puede modelarse un circuito como un cuadripolo distinto para distintos intervalos de frecuencias con distintos parámetros, al igual que con distintas condiciones externas: excitación, temperatura, etc. No siempre es posible encontrar los modelos (o matrices asociadas) de cuadripolo para cualquier circuito. En ocasiones sólo es posible, por ejemplo, hallar la matriz de impedancias y no la de admitancias. Nótese que Z = Y − 1. Por lo que si Y es no inversible, no existe Z. http://es.wikipedia.org/wiki/Cuadripolo Rooselvet Ramirez EES |
Suscribirse a:
Entradas (Atom)