Полная трата энергии: инженеры разрабатывают процесс для электронных устройств, который предотвращает бесполезную утечку энергии.

Но профессор электротехники и компьютерной инженерии Университета Юты Массуд Табиб-Азар и его команда инженеров придумали способ создания микроскопических электронных переключателей для приборов и устройств, которые могут расти и растворять провода внутри схемы, которые мгновенно подключают и отключают электрический поток. Благодаря этой технологии потребительские товары, такие как смартфоны и компьютерные ноутбуки, могут работать как минимум в два раза дольше от одной зарядки аккумулятора, а новые полностью цифровые устройства, такие как телевизоры и игровые приставки, могут быть гораздо более энергоэффективными.Исследование Табиба-Азара было опубликовано в новой статье на этой неделе в текущем выпуске Solid State Electronics.

Соавторами статьи являются инженер Intel Прадип Пай, инженер Omnivision Technologies Юйин Чжан и инженер IM Flash Нуруннахар Ислам Моу.Для управления различными функциями вся электроника имеет переключатели, которые мгновенно включают и выключают электрический ток по всей схеме, подобно включению и выключению света. Но в отличие от механического переключателя, эти твердотельные переключатели тратят небольшие дозы электроэнергии, пока они находятся в состоянии ожидания.«Когда они выключены, они не выключены полностью, а когда они включены, они могут быть не полностью включены», — говорит Табиб-Азар, который также является профессором инициативы Utah Science Technology and Research (USTAR). «Это расходует заряд батареи.

Он нагревает устройство и ничего не делает для вас. Это полностью тратится впустую».Табиб-Азар и его команда разработали новый тип переключателя для электронных схем, в котором используются твердые электролиты, такие как сульфид меди, чтобы буквально наращивать провод между двумя электродами, когда через них проходит электрический ток, включая переключатель.

Когда вы меняете полярность электрического тока, металлический провод между электродами ломается, оставляя зазор между ними, и выключатель выключается. Третий электрод используется для управления процессом роста и разрушения проволоки.«Расстояние между двумя электродами, на которых выращивается проволока, может составлять всего нанометр, что составляет 1/100 000 диаметра волоса», — говорит Табиб-Азар.Следовательно, миллиарды этих переключателей могут быть встроены в процессор компьютера или в микросхемы твердотельной памяти, такие как ОЗУ портативного компьютера.

В смартфоне, например, эту технологию можно использовать в схеме связи телефона, которая обычно расходует энергию батареи, пока она находится в состоянии ожидания использования.Помимо лучшей энергоэффективности, еще одним преимуществом этой технологии является то, что она будет производить меньше тепла в приборе или устройстве, потому что через его схемы постоянно проходит меньший электрический ток. Накопление тепла было особенно серьезной проблемой для ноутбуков и телефонов и со временем может повлиять на надежность компонентов.

Табиб-Азар добавил, что этот процесс не требует дорогостоящего переоснащения производственных предприятий для его внедрения, поскольку на этих предприятиях уже используются такие материалы, как сульфид меди, при производстве электроники.На данный момент единственным недостатком этого процесса является то, что он работает медленнее, чем обычные переключатели в обычной кремниевой электронике, из-за времени, необходимого для роста и разрыва проводов. Но Табиб-Азар ожидает, что это улучшится, поскольку он и его исследователи продолжают оптимизировать процесс. Он также сказал, что эта технология может быть использована для устройств, где скорость не является приоритетом, а энергия батареи.

«Во многих приложениях вы все равно не используете полную скорость кремния», — говорит он. «Прямо сейчас самая большая проблема, которую необходимо решить, — это уменьшить утечку энергии и решить проблемы энергоэффективности».


Портал обо всем