Dilute nitride GaInNAs and GaInNAsSb solar cells

Dilute nitride films with a roughly 1 eV band gap can be lattice-matched to gallium arsenide and germanium, and therefore could become a critical component in next-generation multijunction solar cells. To date most dilute nitride solar cells have been plagued with poor efficiency, due in large part to short diffusion lengths. This study focuses on two techniques aimed at improving the quality of dilute nitride films grown by molecular beam epitaxy: the utilization of biased deflection plates installed in front of the nitrogen plasma source, and the introduction of antimony during growth. Results from GaInNAs cells grown with and without deflection plates, and GaInNAsSb solar cells are reported.

The use of biased deflection plates during GaInNAs growth improved every aspect of solar cell performance. For the GaInNAs devices grown with deflection plates, the dark current density, open-circuit voltage, and fill factor were the best of the devices studied. The GaInNAsSb cells had the highest quantum efficiency, almost 80% at maximum, mainly due to low background doping densities providing these devices with wide depletion widths. The GaInNAsSb materials also had quite narrow band gaps of 0.92 eV. Because of the high collection efficiency coupled with the narrow band gap, the sub-GaAs short-circuit current density produced by the GaInNAsSb cells is 14.8 mA/cm2, which was the highest of the devices studied. This current is nearly 50% greater than the best dilute nitride solar cells in the literature, and is the first dilute nitride cell to produce enough current to current match the upper two subcells in a triple-junction device, composed of GaInP/InGaAs/GaInNAsSb.

The Solar Spectrum

•A single band gap cell will absorb photons with energies greater than or equal to the materials band gap Eg.

•Carriers with energy > Eg will quickly decay to Eg

•Idealized Efficiency = 25%

A GaInNAs 1eV Junction

GaInNAs was seen as a good material for this junction as it could be lattice matched to GaAs avoiding the loss mechanisms associated with strain.

• They grew a number of GaInNAs structures which achieved a photoresponse down to 1 eV

• The internal quantum efficiencies of the devices where low, typically bellow 0.2.

• The reason for the low internal quantum efficiency was due to diffusion lengths lower than the depletion widths

• The low diffusion lengths are attributed to a shallow electron trap and a deep recombination centre which so far seem unavoidable in GaInNAs.

• A tandem solar cell is limited by lowest current produced by any one junction so adding the junction could not improve the efficiency of the tandem cell.

• Later they grew p-i-n devices with intrinsic regions between 0.2 and 2.5μm

• The wider depletion region resulted in higher short circuit currents and quantum efficiencies than previous cells.

The National Renewable Energy Laboratory (NREL) in America suggested adding a junction to absorb photons with energies between 1 – 1.4eV would increase the idealized efficiency from 42% to 52%.

Researchers at the University of Tsukuba in Japan have also created bulk GaInNAs hetrojunction and homojunction cells. Their homojunction cell had an efficiency of 2.94%, They found that increasing the growth temperature from 480-520°C increased the hall mobility from 200 to 250 cm2/Vs.

Fuente:

http://jap.aip.org/japiau/v101/i11/p114916_s1?isAuthorized=no

http://www.een.bris.ac.uk/cost288/zaragoza_meeting/presentations/royall.pdf

Gerald Soto, CRF 2010-1.

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Nitruro de boro cúbico y Materiales Super Duros

El nitruro cúbico de boro (c-BN) es un material artificial extremadamente duro, aunque de una dureza menor a la del diamante. Al igual que el diamante, el c-BN es un aislante eléctrico y un excelente conductor del calor. Es ampliamente utilizado como un abrasivo para herramientas industriales, en especial para el mecanizado de aceros aleados y materiales de gran dureza.

Fabricación

El c-BN es producido por el tratamiento del nitruro de boro hexagonal a altas presiones y temperaturas, de la misma manera que es producido el diamante artificial a partir del grafito. La conversión directa de nitruro de boro hexagonal a nitruro de boro cúbico ocurre a presiones por encima de los 18 GPa y temperaturas de entre 1730-3230°C. La adición de pequeñas cantidades de óxido de boro pueden reducir la presión requerida a unos 4-7 GPa, y la temperatura a unos 1500°C. Industrialmente se utilizan distintos catalizadores para lograr la reacción, los cuales varían según el método de producción (ej.: Litio, Potasio o Magnesio, sus nitruros, sus fluoronitruros, agua con compuestos de amoníaco, etc.)

Hay dos maneras de producir materiales superduros que sean extremadamente difíciles de comprimir o resistentes a la deformación, una propiedad que resulta necesaria para la dureza. Una manera es imitar al diamante utilizando el carbono y combinándolo con boro o nitrógeno para mantener cortos los enlaces. La otra es buscar metales que ya lo sean e intentar hacerlos duros.

Richard B. Kaner (profesor de química inorgánica y ciencia e ingeniería de los materiales, en la UCLA) y sus colegas, están trabajando, bajo el segundo enfoque, con diboruro de renio.

Los investigadores formaron enlaces covalentes cortos, separando los átomos de renio en sólo un 5 por ciento respecto de su posición normal. Este incremento leve de la separación es muy bueno, pues basta para el propósito perseguido, y se logra también cumplir con la condición de separarlos tan poco como sea posible. Con esta operación, lograron que el material se volviera tanto incompresible como duro. Ésa es la clave. El diboruro de renio es tan incompresible como el diamante en una dirección, en tanto que en la otra dirección sólo es ligeramente más compresible.

Al aplicar fuerzas bajas, la dureza del diboruro de renio es equivalente a la del nitruro de boro cúbico, el segundo material más duro conocido. Al aplicar fuerzas superiores, el diboruro de renio se queda un poco por debajo.

De todos modos, este nuevo material es lo bastante duro para rayar el diamante.

Mientras otros materiales superduros, incluyendo al diamante y al nitruro de boro cúbico, se fabrican a un coste elevado y con procesos aparatosos que incluyen usar altas presiones, el nuevo material es fabricado en un proceso simple sin aplicar presión.

El diboruro de renio, en polvo y en forma de pastilla

Fuente:

http://es.wikipedia.org/wiki/Nitruro_de_boro_c%C3%BAbico#Nitruro_de_boro_c.C3.BAbico

http://www.electronicafacil.net/archivo-noticias/ciencia/Article8607.php

Gerald Soto, CRF 2010-1.

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Superaislante con nitruro de titanio.

El superaislamiento es un estado fundamental de la materia recientemente descubierto, creado por los científicos del Laboratorio Nacional de Argonne en colaboración con varias instituciones europeas. Este descubrimiento abre nuevas direcciones para las investigaciones en la física de la materia condensada, y prepara el camino hacia una nueva generación en la microelectrónica.

Dirigido por el científico del Laboratorio de Argonne Valerii Vinokur y la científica rusa Tatyana Baturina, un equipo internacional de científicos de Estados Unidos, Alemania, Rusia y Bélgica formó una película delgada de nitruro de titanio que luego fue enfriada hasta cerca del cero absoluto. Cuando los investigadores intentaron hacer pasar una corriente a través del material, notaron que su resistencia se incrementaba de repente por un factor de 100.000 cuando la temperatura caía por debajo de cierto umbral. El mismo cambio súbito también se produjo cuando los investigadores disminuyeron el campo magnético externo.

Como los superconductores, que tienen aplicaciones en muchas áreas diferentes de la física, desde los aceleradores de partículas hasta los trenes con levitación magnética, pasando por los escáneres de diagnóstico médico por Resonancia Magnética, en el futuro los superaislantes podrían encontrar aplicaciones en varios productos, incluyendo circuitos, sensores y aislantes para baterías.

Si por ejemplo una batería queda expuesta al aire, la carga se agota espontáneamente en cuestión de días o semanas porque el aire no es un aislante perfecto. Si se hace pasar una corriente a través de un superconductor, ésta puede circular para siempre; recíprocamente, si se utiliza un superaislante, éste puede mantener una carga eléctrica para siempre.

Los científicos podrían fabricar superaisladores que encapsularían a los cables superconductores del futuro, creando una senda eléctrica de eficacia óptima, sin apenas pérdida alguna de energía en forma de calor. Una versión en miniatura de estos cables superconductores superaislados podría encontrar una aplicación obvia como circuitos eléctricos mucho más eficientes que cualquiera de los convencionales.

Fuente:

http://notiblog-hugorueda.blogspot.com/2008/07/ciencia-de-los-materiales-llegan-los.html

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Transistor de potencia de nitruro de galio(GaN), para la gama de frecuencias en la banda Ku (de 12GHz a 18GHz)

Los avances en los amplificadores de microondas en la banda Ku se centran en sustituir los tubos electrónicos que habitualmente se utilizan en este ancho de banda, por semiconductores, especialmente dispositivos de GaN, que ofrecen convenientes características de alta potencia a frecuencias de microondas más altas.

El nuevo FET de potencia tiene una estructura de transistor de alta movilidad de electrones (HEMT, por sus siglas en inglés) que Toshiba ha optimizado para la banda Ku. La empresa sustituyó la unión con hilos alimentadores por la tecnología de agujeros pasantes(1), a efectos de reducir la inductancia parásita, y también mejoró el diseño general del circuito correspondiente para la aplicación práctica en las frecuencias de la banda Ku.

La demanda dirigida a FET de potencia de GaN para comunicaciones por microondas de satélites y radares está en permanente crecimiento, tanto en relación con equipos nuevos como para remplazar los tubos electrónicos. Toshiba satisfará esa demanda con la pronta comercialización de sus nuevos FET de potencia para la banda Ku.

En el Congreso Europeo sobre Microondas 2007, que se realizará en Munich, Alemania, del 8 al 12 de octubre, se presentará la información completa acerca del nuevo FET de potencia de GaN.

Antecedentes y objetivos de desarrollo

El permanente incremento en los flujos de comunicación en las comunicaciones por microondas de satélites, así como el desarrollo de sistemas de radares más potentes, está impulsando la demanda dirigida hacia una mayor potencia de salida en los dispositivos de amplificación de señales. La demanda es especialmente sólida en relación con los dispositivos de GaN, que ofrecen ventajas en comparación con los dispositivos convencionales de arseniuro de galio en lo que respecta a la disipación del calor y a las características de desempeño de alta potencia a frecuencias altas.

Toshiba se ha convertido en pionera en la aplicación de la tecnología de GaN a los FET de potencia para las aplicaciones en frecuencias de microondas. La empresa orientó su trabajo inicial hacia el desarrollo y venta de FET de potencia para las bandas de 6GHz (2005) y de 9,5GHz (2006), y diseñó dispositivos que alcanzaron la potencia de salida más alta del mundo a esas frecuencias. Ahora la empresa amplía su oferta a la banda de 14,5GHz. Toshiba continuará con el diseño de dispositivos para las bandas de frecuencia de 18GHz a 30GHz (banda Ka) y superiores.

Síntesis del desarrollo

1. Tecnología de los dispositivos

Toshiba logró obtener un desempeño excepcional en el nuevo FET, mediante la optimización de la composición y el grosor de las capas de AlGaN y GaN formadas sobre el sustrato de carburo de sílice (SiC) que tiene un alto desempeño como conductor de calor, de la estructura HEMT. A efectos de garantizar un alto desempeño en las frecuencias de la banda Ku, Toshiba ha implementado una longitud de puerta menor de 0,3 micrómetros, y ha optimizado la forma de cada uno de los electrodos y de las configuraciones de los elementos, para potenciar la disipación del calor.

2. Tecnología de los procesos

A efectos de reducir la inductancia parásita y mejorar el desempeño a altas frecuencias, Toshiba diseñó una tecnología para formar agujeros pasantes, que pasan desde el electrodo alimentador de superficie, a través del chip y hacia el suelo. Haber logrado formar los agujeros pasantes en un sustrato de SiC, lo cual está reconocido como un proceso extremadamente exigente, constituye una innovación en el diseño del nuevo FET.

Dado que las longitudes de puerta son más cortas, es fundamental eliminar la pérdida de corriente que se produce en el electrodo de puerta, a efectos de lograr un alto nivel de desempeño. Un proceso exclusivo de revestimiento aplicado alrededor de cada uno de los electrodos de puerta permite disminuir la pérdida en la puerta a una trigésima parte de la que se produce con los métodos convencionales de Toshiba. La tecnología de exposición a haces de electrones se aplica a fin de garantizar un procesamiento estable en las longitudes de puerta inferiores a 0,3 micrómetros.

Características principales

Ganancia lineal 8,2dB

Potencia de saturación 65,4W

Tensión de sumidero 30V

Frecuencia de funcionamiento 14,5GHz

Tamaño del chip 3,4mm x 0,53mm

Tamaño del paquete 21,0mm x 12,9mm (dimensiones externas)

Fuente:

http://www.electronicafacil.net/archivo-noticias/electronica/Article7231.php

Gerald Soto, CRF 2010-1.

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CARACTERIZACIÓN ELÉCTRICA DE TRANSISTORES BASADOS EN NITRUROS

Los transistores más rápidos se consiguen gracias al crecimiento de diferentes semiconductores apilados. Entre los semiconductores es posible confinar una elevada concentración de electrones de alta movilidad, dando lugar a transistores con gran velocidad de respuesta. Cuando se emplea el sistema AlGaN/GaN, los enlaces interatómicos poseen un elevado carácter iónico. Estos iones generan intensos campos eléctricos internos, que inducen entre el AlGaN y el GaN una concentración de electrones de 1013 cm-2, un orden de magnitud superior a la alcanzada con otras estructuras típicas (AlGaAs/GaAs, AlGaAs/InGaAs/GaAs, GaInP/InGaAs/GaAs, etc.).

En la actualidad Los transistores más rápidos son los HFETs (Heterostructure Field Effect Transistors). Ello es posible gracias al crecimiento de semiconductores con diferentes gap de energía, mediante técnicas como la MBE (Molecular Beam Epitaxial) o la MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition). En la interfase entre dos semiconductores con gap diferente es posible confinar una elevada concentración de electrones. Los electrones, al ser separados de sus átomos donadores, aumentan significativamente su movilidad y, por tanto, la rapidez del dispositivo. Por ello, los HFETs son transistores apropiados en aplicaciones donde se requiere alta velocidad (microondas, optoelectrónica).

Cuando se emplea el sistema AlGaN/GaN para formar la discontinuidad del gap, los enlaces interatómicos del cristal poseen un elevado carácter iónico. Estos iones generan intensos campos eléctricos de dos formas: por vibración térmica (efecto que se conoce como polarización espontánea) y por tensión mecánica en la interfase, como consecuencia de que dichos semiconductores poseen una constante de red diferente (efecto conocido como polarización piezoeléctrica). Los campos eléctricos originados por las polarizaciones espontánea y piezoeléctrica son perpendiculares a la interfase y consiguen confinar en ella una concentración de electrones típica de 1013 cm-2, un orden de magnitud superior a la alcanzada con otras heteroestructuras (AlGaAs/GaAs, AlGaAs/InGaAs/ GaAs, GaInP/InGaAs/GaAs, etc.). Además, debido a su gran estabilidad térmica, los HFETs basados en AlGaN/GaN prometen ser transistores candidatos en aplicaciones donde se requiere, conjuntamente, velocidad y potencia elevadas, por ejemplo, en etapas de amplificación para terminales móviles.

Mediante simulaciones numéricas es posible conocer el funcionamiento de los dispositivos desde un punto de vista físico. Además, permiten establecer interdependencias entre las propiedades geométricas o materiales y la respuesta eléctrica. De esta forma, la simulación permite optimizar dispositivos en aplicaciones específicas, reduciendo costes y tiempo de producción. Para ello se necesita disponer de resultados experimentales que den validez a las simulaciones. Para simular la distribución de los electrones en el interior del HFET se requiere de un programa informático que resuelva numéricamente las ecuaciones de Schrödinguer y Poisson, fijada una tensión en la puerta del transistor.

Los transistores basados en nitruros poseen una concentración de electrones superior, gracias a los intensos campos eléctricos internos. Debido a su estabilidad térmica, estos transistores prometen ser candidatos en aplicaciones donde se requiera velocidad y potencia

Para simular autoconsistentemente las ecuaciones de Schrödinguer y Poisson se necesita conocer las constantes materiales propias del GaN y el AlxGa1-xN, así como sus campos de polarización espontánea y los que resultan de formar la heterounión: los campos piezoeléctricos. Por ello, se ha realizado una búsqueda bibliográfica exhaustiva, actualizada, del estado del arte de las heteroestructuras basadas en nitruros y de los HFETs basados en ellas [3], [4], [5] [6] y [7]. El principal inconveniente encontrado es, por la novedad del tema, la dispersión de los valores publicados por los distintos autores, siendo adoptados los predominantes o, en su defecto, la media de los encontrados.

La distribución de electrones en el transistor se obtiene resolviendo las ecuaciones de Poisson y Schrödinguer, incluyendo las densidades equivalentes de carga de polarización.

Fuente:

http://www.fulp.ulpgc.es/files/webfm/File/web/publicaciones/vectorplus/articulos/vp29_05_articulo01.pdf

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Transistores rápidos para ahorrar energia

Los transistores rápidos podrían ahorrar energía, los transistores, la piedra angular de la electrónica, tienen pérdidas y por lo tanto consumen energía. Colombo Bolognesi, profesor de electrónica de onda milimétrica en la ETH Zürich, y su grupo de investigación están especializados en el desarrollo de transistores de alto rendimiento destinados a trasmitir información con rapidez y mayor eficacia posible.

El año pasado, el grupo de Bolognesi batió su propio récord de velocidad para los llamados “transistores de alta movilidad electrónica (HEMT)” basados en los materiales nitruro de galio-aluminio (AlGaN/GaN) depositados sobre sustratos de silicio.

un grupo de científicos están estudiando un nuevo material: en lugar de utilizar nitruro de galio-aluminio, los investigadores están explotando las propiedades favorables de una nueva combinación de materiales que consiste en el nitruro de indio-aluminio (AlInN/GaN).

Estos transistores `podrían ser empleados en los amplificadores de potencia de las antenas de transmisión inalámbricas. En ellas, los transistores de nitruro de galio ayudarían a reducir los costos de energía gracias a su mayor eficiencia energética.

Mediante el uso de los transistores de nitruro de galio, las operadoras de telefonía móvil podrían reducir significativamente su consumo de energía, y sus emisiones de CO2 en varias decenas de miles de toneladas. Bolognesi cree que los transistores basados en el nitruro de galio podrían mejorar la eficiencia de los transmisores inalámbricos desde el 15-20% que tienen hoy en día, hasta el 60%.de el 15-20% que tienen hoy en día, hasta el 60%.

Fuente:

http://www.viasatelital.com/blogs/?p=589

Gerald Soto, CRF 2010-1.

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PUNTOS CUÁNTICOS DE GaN, APLICACIONES EN DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

Durante los últimos años han sido desarrollados dispositivos emisores de luz con alta eficiencia, desde el UV hasta el IR usando semiconductores formados por nitruros de metales del grupo III-b, como por ejemplo GaN , abriendo así un gran campo de aplicaciones entre las que podemos destacar la obtención de LEDs (diodos de emisión de luz) verdes y azules y la obtención de diodos láser azules para lectores de DVD que permiten una mayor capacidad de almacenamiento en los mismos que los actuales diodos láser rojos, debido a su menor longitud de onda. Esto es la base del famoso Blu Ray ®. El problema con estos dispositivos es la alta densidad de dislocaciones con que se producen hasta la fecha, lo cual hace disminuir su eficiencia cuántica. Esto quiere decir que disminuye el porcentaje de relajaciones electrónicas que se producen con emisión de luz porque aumentan las relajaciones electrónicas a través de las vibraciones de los átomos que forman la red cristalina. En los LEDs de GaN la densidad de dislocaciones suele ser de 109-1010 cm-2, mientras que para los diodos láser de GaN esta densidad de dislocaciones debe ser reducida y suele ser de 106-107 cm-2., y esto se debe a que hasta estos últimos años no han sido desarrollados sustratos de GaN sobre los que crecer los diodos del mismo GaN.

Una forma de eliminar la influencia de las dislocaciones en la estructuras emisoras de luz consiste en usar puntos cuánticos (las tres dimensiones del orden de los nanómetros) en la zona activa del material.

En la última década ha habido una extensa investigación sobre estos puntos cuánticos en semiconductores. Comparado con el material masivo (tres dimensiones) y con los pozos cuánticos (dos dimensiones), los puntos cuánticos son el prototipo de sistema de cero dimensiones. Los estados electrónicos en los puntos cuánticos están localizados y la energía está totalmente cuantizada. Debido a la cuantización, la densidad de estados cerca del gap es menor, es decir, los niveles electrónicos están más localizados que en sistemas de tres y dos dimensiones, lo que lleva a una mayor deslocalización del momento de esos electrones y por tanto a una mayor eficiencia para las transiciones ópticas. Esta es la más deslumbrante ventaja de los puntos cuánticos para potenciales aplicaciones en dispositivos emisores de luz y en dispositivos detectores.

Además, los puntos cuánticos son más estables a las perturbaciones térmicas y localizan a los portadores inhibiendo su migración a centros de recombinación no radiativa como son las dislocaciones.

De entre los distintos métodos para el crecimiento de puntos cuánticos de semiconductores, el más relevante es el de Stranski-Krastanow de autoorganización ("self assembling") de los puntos cuánticos, que consiste básicamente en un crecimiento 2D de varias monocapas de semiconductor, llamada capa mojante ("Swetting layer") seguido de la autoformación de pequeñas islas que son los puntos cuánticos: cuando comienzan a crecer las primeras capas del semiconductor sobre el sustrato, debido a la diferencia entre los parámetros de red y entre los coeficientes de dilatación de ambos, el semiconductor va creciendo con una energía elástica acumulada, que va creciendo a medida que aumenta el espesor de la película de semiconductor que se está creciendo, por lo que llegado a un espesor crítico se va a producir la relajación de la película de semiconductor. En este caso, el campo de tensiones fuerza a los átomos a coalescer y la relajación elástica se puede producir en parte mediante la formación de nanoislas sobre esta capa mojante. Estas nanoislas, libres de dislocaciones, son los puntos cuánticos, y sus dimensiones suelen ser piramidales como se puede ver en la imagen, con una altura de uno 3-8 nm y una anchura de unos 10-30 nm.

El GaN por ejemplo se puede crecer por MBE (epitaxia de haces moleculares) sobre un sustrato de silicio (también se pueden usar como sustratos el zafiro y el SiC, pero son más caros) poniendo entre ambos una capa de unos 3000 nm de AlN, que posee la misma estructura cristalina que el GaN (wurtzita) y consecuentemente un parámetro de red y un coeficiente de dilatación térmica más parecidos a los del GaN, y que es capaz de absorber y disipar la mayoría de las tensiones producidas por los distintos parámetros de red y coeficientes de dilatación térmica entre el GaN y el silicio. Tras la deposición de unas pocas monocapas de GaN sobre el AlN (entre 3 y 12), se interrumpe el crecimiento por unos pocos segundos (10 ó 12 s) y se produce la autoformación, debido a la relajación de la red del GaN, de esas pequeñas islitas de GaN llamadas puntos cuánticos.

En la imagen podemos ver un apilamiento de puntos cuánticos de GaN separados de capas de AlN.

Fuente:

http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2008/03/10/puntos-cuanticos-de-gan-aplicaciones-en-dispositivos-electronicos/

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Láser Azul

En 1994, el japonés Shuji Nakamura inventó el LED azul de nitruro de galio mientras investigaba para la empresa química Nichia de Japón. Según Colin Humphreys, de la Universidad de Cambridge, el nitruro de galio es el material nuevo más importante desde el silicio.

Desde que se inventó, se han descubierto numerosas utilidades para este tipo de LED, entre ellas en el campo del almacenamiento y la transmisión de datos. El volumen de información almacenado en un CD o un DVD podría incrementarse unas cinco veces utilizando LEDS azules. “Esto sucede porque la luz azul tiene una longitud de onda más corta que la roja y permite guardar una mayor densidad de información que con los láseres rojos que se utilizan actualmente”, explica Humphreys.

En el campo de la medicina, los LEDS de nitruro de galio podrían mejorar la cirugía láser. La razón es simple: la luz azul se puede enfocar con mucha más precisión que la luz roja de los láseres convencionales. En electrónica, por último, el nitruro de galio se podría utilizar para hacer transistores de alta potencia que dieran a los teléfonos móviles un mayor rango de funcionamiento del que tienen ahora.

Aplicación en los disco Blu-Ray

El nuevo sistema de láser azul es el empleado en los discos Blu-Ray para conseguir almacenar más información en mucho menor espacio. Se diferencia del láser rojo, empleado por las actuales unidades de DVD, en que su longitud de onda es de tan sólo 405 nanómetros frente a los 650 nmempleados hasta ahora.

Esta menor longitud de onda permiteaumentar la densidad de grabación de datos en un soporte óptico, consiguiendo así almacenar hasta 25 GB en un disco compacto de 12 cm. Esto es empleando solamente una capa, podemos hacer discos Blu-Ray con más de una capa multiplicando esta capacidad obtenida.

La velocidad de lectura de datos de estas unidades también se ha visto aumentada exponencialmente, situándose en unos 36 Mb/s para la primera revisión de lectores. Actualmente se está trabajando en prototipos que prometen doblar esta tasa hasta situarla en unos 72 Mbit por segundo.

Fuente:

http://www.es.globaltalentnews.com/articles/328/la-revolucion-luminica.html

http://tecnologia.teoriza.es/laser-azul-teoria-y-aplicaciones-desde-grabar-un-disco-blu-ray-hasta-calentar-un-cafe

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Módulos LED basados en AlGaN para potabilizar el agua

Un diodo LED, acrónimo inglés de Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor que emite luz monocromática cuando se polariza en directa y es atravesado por la corriente eléctrica. El color depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de diodos IRED (Infra-Red Emitting Diode).

El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida.

Esterilización con LED

Dos equipos de EE.UU. que trabajan en un módulo de esterilización de agua que utiliza LED ultravioleta basados en AlGaN, han demostrado su capacidad para matar bacterias dañinas en el agua. Uno de los conceptos desarrollados es un módulo que no requiere una fuente de energía externa para accionar los LED, en su lugar se basa el flujo de agua para generar la corriente eléctrica requerida.

Tales módulos de purificación, que en el futuro serán más pequeños y más adecuados que los que utilizan lámparas de mercurio para eliminar bacterias, podrían convertirse en un mercado de gran volumen para los UV-LED.

Aunque el concepto de la destrucción de las bacterias con UV-LED se había demostrado antes con muestras de agua estática, la purificación del agua que fluye es crítica para que la tecnología llegue a ser comercialmente viable. En colaboración con el microbiólogo Anne Hanson en la universidad de Maine Orono, Hydro-Photon, una compañía Blue Hill, ME, desarrolló un módulo para tratamiento del agua a nivel de prototipo, que utiliza 10 LED AlGaN, fabricado por la empresa "Sensor Electronic Technology (SET)", de Carolina del Sur.

Los dispositivos usan el módulo desarrollado en colaboración con el grupo de Asif Khan en la universidad de Carolina del Sur, emiten a 280 nanómetros, y los 4 cm3 en el compartimiento de tratamiento, de aluminio, se diseñan para maximizar el reflejo de luz en esta longitud de onda.

En pruebas usando agua del grifo estéril pero contaminada con una concentración de 10000 microbios/ml de E Coli, los UV-LED destruyeron por lo menos el 95.5% de las bacterias. Los mejores resultados fueron considerados en flujos de agua más bajos, donde se daba la destrucción del germen en cerca de 100%.

"Los resultados nos pusieron un paso más cerca para demostrar la viabilidad básica del concepto del purificador de fluido de agua por UV-LED," dijo Maiden, CEO de Hydro-Photon. "En este punto, el desafío es continuar mejorando eficacia del LED y la potencia generada. Más energía significa un flujo más rápido y más agua purificada por minuto".

Tratamiento de alcantarillado

Mientras tanto, una segunda firma - Oh Technology (OHT), que también está trabajando con los LED- dice haber logrado niveles reducidos de bacterias en el alcantarillado. Las pruebas usaban un prototipo que contenía 16 LED de AlGaN en alcantarillado con residuos fecales. Según el equipo de verificación, que incluía laboratorios independientes, las muestras que contenían bacterias fecales coliformes mostraron una reducción del 60% en la concentración de las bacterias después de un segundo tratamiento. Estas bacterias se encuentran en la zona digestiva, e incluyen tipos tales como enterobacteria, citrobacter y E Coli, las concentraciones de estas bacterias son un indicador de la contaminación del alcantarillado y en abastecimientos de agua.

"Nuestra meta es aliviar las situaciones inadecuadas del agua que se han convertido en una epidemia global," dijo el ejecutivo Damien Lieggi de OHT. "Los resultados de la prueba han proporcionado indicios de la viabilidad básica y de la eficacia inmediata de la esterilización por medio de los LED." Lieggi agregó: "Deseamos dar la vuelta a las peores condiciones posibles en el agua potable, percibimos que hemos alcanzado grandes resultados a este nivel". Lieggi describe la tecnología de OHT como "independiente económicamente", pues no precisa de una fuente de energía externa: "La tecnología utiliza el flujo de agua, que se convierte en energía eléctrica para alimentar los LED, que esterilizan el agua".

Los LED en la disposición actual emiten cerca de 1 mW de potencia, aproximadamente a una longitud de onda de 270 nanómetros, mientras que OHT y SET están probando nuevos dispositivos mejorados. Lieggi dice que un producto comercial se presentará dentro de algunos meses.

Ventajas

El proceso de esterilización del agua mediante el LED ultravioleta es más barato y eficiente que los sistemas actuales, por lo que se espera que este nuevo método mejore las condiciones de vida y de salud de millones de personas en los países en vías de desarrollo, algunas de sus principales ventajas son:

1. No altera el PH o la estructura química del agua

2. No afecta de ninguna manera a los peces ni a las plantas

4. Solo los organismos que pasan por el esterilizador son eliminados

Fuente:

http://aquaflash.blogspot.com/2009/04/34-luz-ultravioleta-tratamiento.html

http://www.um.es/docencia/barzana/FIS/LED-potabilizacion.html

Gerald Soto, CRF 2010-1.

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