Lorsque les générateurs électriques comme les éoliennes et les panneaux solaires transfèrent l'électricité aux maisons, les entreprises et le réseau électrique, ils perdent près de 10 pour cent de la puissance générée. Pour résoudre ce problème, les scientifiques recherchent de nouveaux circuits semi-conducteurs en diamant pour rendre les systèmes de conversion d'énergie plus efficaces.

Une équipe de chercheurs du Japon a fabriqué avec succès un circuit clé dans les systèmes de conversion d'énergie utilisant du diamant hydrogéné (diamant H). De plus, ils ont démontré qu'il fonctionne à des températures aussi élevées que 300 degrés Celsius. Ces circuits peuvent être utilisés dans des appareils électroniques à base de diamant qui sont plus petits, plus léger et plus efficace que les appareils à base de silicium. Les chercheurs rapportent leurs découvertes cette semaine dans Lettres de physique appliquée .

Les propriétés matérielles du silicium en font un mauvais choix pour les circuits à haute puissance, appareils électroniques haute température et haute fréquence. "Pour les groupes électrogènes de grande puissance, le diamant est plus adapté à la fabrication de systèmes de conversion de puissance avec une petite taille et une faible perte de puissance, " a déclaré Jiangwei Liu, chercheur à l'Institut national japonais des sciences des matériaux et co-auteur de l'article.

Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont testé la stabilité d'un circuit logique NOR H-diamant à haute température. Ce type de circuit, utilisé dans les ordinateurs, donne une sortie uniquement lorsque les deux entrées sont à zéro. Le circuit se composait de deux transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET), qui sont utilisés dans de nombreux appareils électroniques, et dans les circuits intégrés numériques, comme les microprocesseurs. En 2013, Liu et ses collègues ont été les premiers à signaler la fabrication d'un MOSFET à diamant H en mode E.

Lorsque les chercheurs ont chauffé le circuit à 300 degrés Celsius, il a fonctionné correctement, mais a échoué à 400 degrés. Ils soupçonnent que la température plus élevée a causé la panne des MOSFET. Des températures plus élevées peuvent cependant être atteintes, comme un autre groupe a signalé le fonctionnement réussi d'un MOSFET similaire au diamant H à 400 degrés Celsius. En comparaison, la température de fonctionnement maximale pour les appareils électroniques à base de silicium est d'environ 150 degrés.

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'améliorer la stabilité du circuit à haute température en modifiant les isolants en oxyde et en modifiant le processus de fabrication. Ils espèrent construire des circuits logiques MOSFET en diamant H pouvant fonctionner au-dessus de 500 degrés Celsius et à 2,0 kilovolts.

"Le diamant est l'un des matériaux semi-conducteurs candidats pour l'électronique de nouvelle génération, spécifiquement pour améliorer les économies d'énergie, " a déclaré Yasuo Koide, directeur à l'Institut national des sciences des matériaux et co-auteur de l'article. "Bien sûr, pour parvenir à l'industrialisation, il est essentiel de développer des plaquettes de diamant monocristallin de la taille d'un pouce et d'autres circuits intégrés à base de diamant."