Розробка високочутливого діода, що перетворює мікрохвилі в електрику, маючи на меті створення датчика
Прагнучи створити сенсорні мережі, які не потребують спеціальних джерел живлення
Японське науково-технологічне агентство (JST), Fujitsu Limited та Токійський університет столиці оголосили, що вони розробили високочутливий випрямний елемент у вигляді зворотного діода з нанопроволоки, який може перетворювати мікрохвилі малої потужності в електроенергію. За допомогою Стратегічних програм базових досліджень JST ця технологія була розроблена дослідниками на чолі з Кенічі Кавагучі з Fujitsu Limited та професором Мічіхіко Сухара з Токійського столичного університету. Очікується, що нова технологія зіграє певну роль у збиранні енергії радіохвиль у навколишньому середовищі, в якій електроенергія виробляється із навколишніх радіохвиль, таких як випромінювання базових станцій мобільного телефону.
Передумови дослідження та обставини
Готуючись до початку справжньої ери IoT, технології збирання енергії, які трансформують найменші джерела енергії в навколишньому середовищі в електрику, останніми роками потрапляють в центр уваги як засіб для створення сенсорних мереж, які функціонують без батарей. Одним з таких прикладів є повторне використання в якості електричної енергії низькопотужних радіохвиль (мікрохвиль), що існують повсюдно у відкритому космосі та випромінюються з базових станцій мобільних телефонів для використання у зв'язку. Обладнання, що використовується для виробництва електроенергії з навколишніх радіохвиль, складається з енергогенеруючого елемента радіохвиль, який включає антену для збору радіохвиль та випрямний елемент (діод), який випрямляє радіохвилі.
Сприйнятливість (чутливість) діода на мікрохвилі багато в чому залежить від крутизни характеристик випрямлення та від розміру діода (ємності). Як правило, бар'єрні діоди Шотткі * 1, які використовують випрямлення, що відбувається на стику між металом і напівпровідником, використовуються як діоди для перетворення потужності. Через те, що характеристики випрямлення стають повільними при надзвичайно низьких напругах і розмір елементів перевищує кілька мікрометрів (мкм), однак чутливість до мікрохвиль із низькою потужністю, меншою за мікроватти (мкВт), була недостатньою, і було важко перетворити навколишні радіохвилі в електрику. Це призвело до попиту на діоди з підвищеною чутливістю.
Деталі дослідження
Дослідники провели розробку для створення діода з більш високою чутливістю. Зокрема, вони зменшили ємність і мініатюризували зворотний діод * 2, який здатний здійснювати круті випрямні дії з нульовим зміщенням * 3, оскільки випрямлення відбувається шляхом з'єднання двох різних типів напівпровідників та потоків струму з іншим принципом (тунельний ефект), ніж звичайний Бар'єрні діоди Шотткі.