La ricerca impegnata a trovare l’erede del silicio per l’elettronica e il fotovoltaico

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All’Università di Padova il premio Nobel 1990 Amano per l’applicazione del nitruro di Gallio che ha reso possibile l’invenzione del Led a luce blu

 

led luce blu nitruro gallioLa ricerca negli apparati elettronici e di produzione elettrica è impegnata nell’individuazione dei materiali che in un prossimo futuro potrebbero sostituire in tutto o in parte il silicio nelle sue varie applicazioni, dalla produzione di transistor ai moduli fotovoltaici.

La pista più promettente è costituita dall’impiego più massiccio del nitruro di Gallio (GaN), elemento diffuso e molto meno costoso del silicio, oltre ad essere più versatile, richiedendo meno raffreddamento, lavorando anche sopra i 150° C. Secondo una simulazione, una realtà come l’Italia potrebbe ridurre i propri consumi di energia di circa il 10% (pari a 31,2 miliardi di kilowattora) se nei soli transistor fosse impiegato nitruro di Gallio invece che silicio. 

Per approfondire l’importanza di quest’evoluzione tecnologia, l’Università di Padova il 28 aprile prossimo ospiterà Hiroshi Amano, premio Nobel 1990 per l’invenzione del Led a luce blu la cui produzione fu resa possibile, dopo ben 1.500 tentativi e anni di ricerca assieme a Isamu Akasaki e a Shuji Nakamura, proprio grazie all’impiego di nitruro di Gallio, un semiconduttore sempre più fondamentale per l’industria. Su questo materiale si basano non solo i Led per l’illuminazione, ma anche i laser blu per dischi Blu-Ray, nonché i dispositivi elettronici di potenza per i trasmettitori a radiofrequenza e i radar, oltre i sistemi per la conversione e il controllo dell’energia ad alta efficienza. 

Amano, direttore del Center for Integrated Research of Future Electronics dell’Università di Nagoya, collabora strettamente con l’università patavina. «Il GaN è indispensabile per i Led a luce blu, verde e bianca. Se oggi possiamo leggere i messaggi sugli smartphone e tablet, ma anche sui megaschermi di uno stadio o di un cartellone pubblicitario è grazie alla luce prodotta con l’utilizzo di Led basati sul GaN prodotti con i due sistemi di deposizione a strati frutto delle nostre ricerche», spiega Amano. Le applicazioni di questi sistemi puntano però ad andare oltre l’illuminazione: «ci sono ancora diversi ostacoli da risolvere, ma le sfide con cui cimentarci sono moltissime: recentemente siamo riusciti a creare dei Led ultravioletti ad alta potenza in grado di purificare aria e acqua. Credo che nel giro di pochi anni questo tipo di Led ultravioletti avrà un mercato enorme. Un’altra applicazione a portata di mano è quella dei transistor ad alta potenza e in questo campo l’impiego di GaN è fondamentale per espanderne l’utilizzo».

Proprio dall’ateneo patavino e dal laboratorio di ingegneria dell’informazione del professor Enrico Zanoni è nata un’azienda, Light Cube, che ha sviluppato nuove applicazione dei Led nel campo della sterilizzazione delle acque, della sensoristica e dell’illuminazione collaborando con i diversi centri di ricerca (l’Università di Cambridge, l’Università della California a Santa Barbara, il Fraunhofer Institute a Friburgo e il centro Imec di Lovanio).

L’applicazione del nitruro di Gallio sarebbe fondamentale specie nei transistor ad alta efficienza per l’elettronica di potenza, incrementandone l’efficienza riducendo la dispersione energetica.