Nova abordagem para o cultivo de nitreto cúbico de boro:

O pesquisador de materiais da Lehigh University, Siddha Pimputkar, ganha o prêmio NSF CAREER por desenvolver um novo método de cultivo de nitretos monocristalinos em massa - um avanço que pode levar a dispositivos eletrônicos mais eficientes e menos dispendiosos e a ferramentas de fabricação inovadoras

Universidade de Lehigh

imagem: Siddha Pimputkar, professor assistente de ciência de materiais e engenharia da Lehigh University, ganhou o prêmio NSF CAREER por sua proposta "Síntese de nitreto por meio de decomposição controlada de precursores sob pressão moderada".Veja mais

Crédito: Universidade Lehigh

Cada disciplina tem seu Santo Graal. Para Siddha Pimputkar, professor assistente de ciência e engenharia de materiais na Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas PC Rossin da Lehigh University, é o nitreto cúbico de boro.

Os nitretos são um amplo conjunto de compostos químicos nos quais um átomo de nitrogênio está ligado a outro elemento, como gálio ou boro, ou à maioria dos metais.

Alguns desses nitretos são semicondutores poderosos, mais eficientes que o silício, presentes onipresentes em quase todos os dispositivos que você liga ou conecta. Alguns nitretos rivalizam com o diamante em sua dureza. Alguns também são capazes de trabalhar em ambientes extremos. E alguns, como o nitreto cúbico de boro, podem fazer todas essas coisas.

“Comparado ao silício, o nitreto cúbico de boro tem potencial para funcionar em condições mais extremas, incluindo tensões e correntes mais altas, como as encontradas na rede de energia elétrica”, diz Pimputkar. “Quanto maior a tensão na qual você pode operar, menos corrente será necessária para fornecer a mesma quantidade de energia. Assim como as linhas de transmissão de energia, gostaríamos de operar nas tensões mais altas possíveis para reduzir a quantidade de corrente que atravessa o sistema e, consequentemente, reduzir o calor residual gerado devido a ineficiências no sistema. Isto, por sua vez, permite eliminar ou repensar componentes inteiros dos circuitos, reduzindo assim o tamanho desses conversores de energia elétrica e, portanto, o seu custo.”

Por exemplo, diz ele, “uma aplicação são os veículos híbridos ou elétricos, nos quais não seriam necessários sistemas de refrigeração ativos, incluindo ventiladores e controles associados, para manter os sistemas de controle de energia resfriados, como acontece com a tecnologia baseada em silício. Você pode eliminar essa complexidade e esses pontos de falha porque as propriedades do nitreto cúbico de boro permitem que ele opere em tensões e temperaturas muito mais altas, tornando o resfriamento passivo aceitável.”

Como material, os nitretos têm um potencial excitante e de longo alcance. Eles também são muito, muito difíceis de fazer.

Mas a proposta de Pimputkar de desenvolver um sistema inovador para fazer exatamente isso ganhou recentemente o apoio do programa de Desenvolvimento de Carreira Inicial do Corpo Docente (CAREER) da National Science Foundation.

O prestigiado prêmio NSF CAREER é concedido anualmente a professores juniores nos EUA que exemplificam o papel dos professores-acadêmicos por meio de pesquisas excepcionais, educação excelente e integração de educação e pesquisa. Cada prêmio fornece suporte estável no nível de aproximadamente US$ 500.000 por um período de cinco anos.

Cristais de 'cozimento sob pressão'

Neste projeto, Pimputkar tentará superar um problema complexo e antigo - a incapacidade de cultivar grandes nitretos de cristal único sem defeitos - e então ser capaz de dimensionar esse crescimento.

O tamanho é importante, explica Pimputkar, porque a cada aumento no diâmetro de um cristal, o custo final de eletrônicos, como conversores de energia usados ​​para carregar laptops e telefones, diminui. (Depois de crescido, um cristal se assemelha a um pedaço sólido de matéria, que é então cortado em wafers finos e redondos que formam a plataforma para a fabricação de chips eletrônicos de potência. Quanto maior o wafer, mais chips você pode fabricar em uma única etapa de processamento, fazendo cada chip mais barato.)

Os defeitos obviamente importam. Os átomos dentro do cristal devem estar perfeitamente orientados entre si, e cada vizinho precisa ser de um elemento específico, diz ele, porque qualquer desvio afetará negativamente o desempenho e a capacidade do material e, portanto, da eletrônica.