Los investigadores diseñan circuitos capaces de funcionar a temperaturas superiores a 650 grados Fahrenheit

Investigadores de ingeniería de la Universidad de Arkansas han diseñado circuitos integrados que pueden sobrevivir a temperaturas superiores a 350 grados Celsius (o aproximadamente 660 grados Fahrenheit). Su trabajo, financiado por la National Science Foundation, mejorará el funcionamiento de procesadores, controladores, controladores y otros circuitos analógicos y digitales utilizados en electrónica de potencia, automóviles y equipos aeroespaciales, todos los cuales deben funcionar a temperaturas altas y, a menudo, extremas.

"Esta robustez permite que estos circuitos se coloquen en lugares donde las piezas estándar basadas en silicio no pueden sobrevivir", afirmó Alan Mantooth, profesor distinguido. “Los bloques de circuitos que diseñamos contribuyeron a un rendimiento superior del procesamiento de señales, controladores y circuitos de excitación. Estamos muy entusiasmados con los resultados hasta ahora”.

La investigación es fundamental porque un tercio de toda la energía producida en los Estados Unidos pasa por algún tipo de convertidor electrónico de potencia o motor antes de llegar al usuario final. Los circuitos desarrollados por el equipo de la Universidad de Arkansas permitirán una estrecha integración del control en las duras condiciones ambientales que exigen estas aplicaciones. También mejorarán la eficiencia eléctrica y al mismo tiempo reducirán el tamaño general y la complejidad de estos sistemas.

Los investigadores trabajaron con carburo de silicio, un material semiconductor más resistente que los materiales convencionales utilizados en electrónica. El carburo de silicio es capaz de soportar voltajes extremadamente altos y es un buen conductor térmico, lo que significa que puede funcionar a altas temperaturas sin requerir equipo adicional para eliminar el calor.

El equipo de investigación, dirigido por Mantooth y Jia Di, profesor de ingeniería informática, logró el mayor rendimiento combinando carburo de silicio con técnicas de diseño de temperatura amplia. en el mundo de electrónica de potencia y circuitos integrados, su trabajo representa la primera implementación de una serie de bloques fundamentales analógicos, digitales y de señales mixtas, como un bucle de bloqueo de fase que utiliza una tecnología de carburo de silicio de estilo complementario. Un bucle de bloqueo de fase, o PLL, es un sistema de control que genera una señal de salida cuya fase está relacionada con la fase de una señal de entrada. Esta función es crítica en una serie de aplicaciones de circuitos, como sincronización de señales, síntesis de frecuencia y esquemas de modulación y demodulación.

La investigación fue parte del programa Creación de Capacidad de Innovación de la Fundación Nacional de Ciencias, que está diseñado para asociar la investigación universitaria y la industria para construir colaboraciones intelectuales para que las innovaciones fluyan de ideas a resultados de investigación sólidos, prototipos y productos de empresas. La Universidad de Arkansas y dos empresas de tecnología de Fayetteville, Ozark Integrated Circuits y Arkansas Power Electronics International, forman la base de este ecosistema de innovación. Raytheon también es un socio clave.

Ozark Integrated Circuits comercializa la tecnología de circuitos. Arkansas Power Electronics International se centra en el uso de circuitos en aplicaciones de energía.

La financiación de la investigación se otorgó al Centro de Diseño de Circuitos de Arkansas, que consta de dos laboratorios, uno dirigido por Mantooth y otro por Di. El Centro de Diseño de Circuitos de Arkansas apoya la misión del Centro Nacional para la Transmisión Confiable de Energía Eléctrica de la Universidad de Arkansas, que está financiado como parte del enfoque del gobierno federal en la investigación y el desarrollo de redes inteligentes y tecnologías renovables. El centro es uno de los pocos centros de investigación universitarios que investigan sistemas electrónicos para hacer que la red eléctrica del país sea más confiable y eficiente. El Departamento de Energía de EE.UU. ha financiado el centro desde 2005 debido a la experiencia de investigación de la universidad en electrónica de potencia avanzada y la investigación a largo plazo de carburo de silicio. Mantooth es director ejecutivo del centro.

Arkansas Power Electronics International se especializa en electrónica avanzada de alto rendimiento para una variedad de clientes y aplicaciones, incluidos los mercados de defensa, aeroespacial y de vehículos híbridos/eléctricos. Ozark Integrated Circuits es una empresa de semiconductores que desarrolla circuitos integrados para teledetección y actuación en condiciones ambientales extremas.