p A Agência de Ciência e Tecnologia do Japão (JST), Fujitsu Limited, e a Tokyo Metropolitan University anunciaram que desenvolveram um elemento retificador altamente sensível na forma de um diodo reverso de nanofio, que pode converter microondas de baixa potência em eletricidade. Por meio dos Programas de Pesquisa Básica Estratégica da JST, a tecnologia foi desenvolvida por pesquisadores liderados por Kenichi Kawaguchi, da Fujitsu Limited, e pela professora Michihiko Suhara, da Tokyo Metropolitan University. Espera-se que a nova tecnologia desempenhe um papel na captação de energia das ondas de rádio no meio ambiente, em que a eletricidade é gerada a partir de ondas de rádio ambientais, como as emitidas a partir de estações rádio-base de telefonia móvel. p Antecedentes da Pesquisa e Circunstâncias

p Em preparação para o início da verdadeira era da IoT, tecnologias de captação de energia, que transformam as diminutas fontes de energia do ambiente circundante em eletricidade, têm ganhado destaque nos últimos anos como meio de criar redes de sensores que funcionam sem baterias. Um exemplo reutiliza como ondas de rádio de baixa potência de eletricidade (microondas), onipresente em espaço aberto, que são emitidos a partir de estações base de telefonia móvel, para uso em comunicações. O equipamento usado na geração de eletricidade a partir de ondas de rádio ambientais consiste em um elemento gerador de energia de ondas de rádio, que inclui uma antena para coletar ondas de rádio e um elemento retificador (diodo) que retifica as ondas de rádio (figura 1).

p A capacidade de resposta (sensibilidade) de um diodo às microondas depende muito da inclinação das características de retificação e do tamanho do diodo (capacidade). Geralmente, Diodos de barreira Schottky, que utilizam a retificação que ocorre na junção formada entre um metal e um semicondutor, são usados ​​como diodos para conversão de energia. Devido às características de retificação que se tornam lentas em tensões extremamente baixas e o tamanho dos elementos sendo maiores do que vários micrômetros (μm), Contudo, a sensibilidade a microondas de baixa potência mais fraca do que microwatts (μW) era insuficiente, e era difícil converter as ondas de rádio do ambiente em eletricidade. Isso levou a uma demanda por diodos com sensibilidade aumentada.

p Detalhes de pesquisa

p Os pesquisadores realizaram o desenvolvimento para criar um diodo com maior sensibilidade. Especificamente, eles reduziram a capacidade e miniaturizaram um diodo reverso que é capaz de operações de retificação íngreme com polarização zero, uma vez que a retificação ocorre pela união de dois tipos diferentes de semicondutores e a corrente flui com um princípio diferente (efeito túnel) dos diodos de barreira Schottky convencionais.

p Diodos reversos convencionais foram formados pelo processamento da película fina de um semicondutor composto em camadas em um formato de disco por meio de corrosão. Apesar disso, porque os materiais estão sujeitos a danos durante o processamento, era difícil processar diodos com precisão até um tamanho submicron e operá-los.

p Ajustando a proporção (composição) dos elementos constituintes dos materiais semicondutores conectados e, em um nível de minuto, a densidade das impurezas adicionadas, os pesquisadores tiveram sucesso no crescimento de cristais em nanocristais com um diâmetro de 150 nm composto de arsenieto de índio tipo n (n-InAs) e antimoneto de arsenieto de gálio tipo p (p-GaAsSb) para uma estrutura de junção de túnel necessária para as características do diodo reverso .

p Além disso, no processo de implantação de material isolante em torno do nanofio e no processo de formação de filme de eletrodo com metal em ambas as extremidades do fio, uma nova tecnologia foi usada para montagem que não danifica o nanofio. Como resultado, eles foram capazes de formar um diodo de tamanho sub-mícron, o que era difícil de fazer com a tecnologia de processo de miniaturização convencional para semicondutores compostos, e assim conseguiu, pela primeira vez, no desenvolvimento de um diodo reverso de nanofio com mais de 10 vezes a sensibilidade de um diodo de barreira Schottky convencional (figura 2).

p Ao testar a nova tecnologia na frequência de microondas de 2,4 GHz, que é usado atualmente nos padrões de linha de comunicação 4G LTE e Wi-Fi para telefones celulares, a sensibilidade foi 700kV / W, cerca de 11 vezes o do diodo de barreira Schottky convencional (com uma sensibilidade de 60KV / W) (figura 3). Portanto, a tecnologia pode converter com eficiência ondas de rádio de baixa potência de classe 100nW em eletricidade, possibilitar a conversão das microondas emitidas para o ambiente a partir de estações rádio base móveis numa área mais de 10 vezes superior à anteriormente possível (correspondendo a 10% da área em que são possíveis comunicações móveis). Isso gerou expectativas de que ele pudesse ser usado como fonte de energia para sensores.

p Com esta tecnologia, microondas com um nível de potência de 100 nanowatts (nW) podem ser convertidas em eletricidade. Daqui para frente, como o grupo de pesquisa otimiza o projeto do diodo e da antena coletora de ondas de rádio, adicionando controle de potência para tensão constante, existem grandes expectativas para a realização de captação de energia de ondas de rádio ambientais.