- Investigadores de Penn State han desarrollado un chip 3D monolítico que funciona completamente con luz ambiental sin utilizar baterías.
- El chip apila energía fotovoltaica de silicio, lógica complementaria MoS₂/WSe₂ y sensores químicos de grafeno con una diferencia de ~50 nm entre sí.
- El desarrollo también abre la puerta a circuitos 2D más grandes que incorporen parte de la misma filosofía de diseño en el futuro.
La investigación de la Universidad Penn State ha producido un avance interesante en ingeniería, al crear un circuito integrado compacto que funciona enteramente con energía solar.
El IC, que evita por completo las baterías, tiene como objetivo realizar cálculos y ser capaz de detectar los químicos a su alrededor recolectando la energía solar disponible, todo apilado exclusivamente en diferentes matrices.
La medida se produce mientras los ingenieros continúan lidiando con la necesidad de sistemas de computación de vanguardia y de IoT duraderos y versátiles, muchos de los cuales se implementan en ubicaciones remotas o de difícil acceso, lo que dificulta, si no a veces imposibilita, los cambios de batería.
Una solución apilada verticalmente centrada en la energía solar
Los dispositivos electrónicos sin baterías que dependen de energías renovables están cada vez más en el punto de mira a medida que los ingenieros, las partes interesadas y los consumidores buscan dichos dispositivos para satisfacer las crecientes demandas del mercado.
Lo que hace que el equipo de investigación en el desarrollo de Penn State sea único es que ha intentado abordar lo que la electrónica convencional no ha logrado hasta ahora: reducir las pérdidas invirtiendo en una estructura que evite efectivamente una parte significativa de los requisitos de área de la placa, la potencia y las pérdidas de retardo de los cables que son útiles para tales dispositivos.
El chip utiliza dos tipos de materiales semiconductores (MoS₂ y WSe₂), un módulo fotovoltaico de silicio y sensores basados en grafeno, y lo hace apilando verticalmente tres capas.
Los sensores basados en grafeno en la parte superior responden a los fluidos que se les colocan, enviando señales eléctricas que se procesan en la capa lógica intermedia, que alberga la capa semiconductora, mientras que el módulo fotovoltaico de silicio en la parte inferior convierte la luz ambiental en electricidad para generar energía.
“Hemos demostrado que los materiales heterogéneos (silicio, grafeno, MOS)2 y WSE2– Puede integrarse de forma única en tres dimensiones para crear un sistema informático y de detección autoalimentado. Esto es diferente a colocar chips individuales uno al lado del otro o conectarlos externamente. Demostramos que la detección, la computación y la recolección de energía se pueden acercar a la nanoescala, lo que puede reducir la huella, la longitud de interconexión y la pérdida de energía”, dijo Saptarshi Das, uno de los autores del documento del método.
Si bien la medida en sí documenta un pequeño chip especialmente diseñado, tiene implicaciones interesantes para el futuro, donde circuitos más grandes podrían usar el diseño como un componente básico para las necesidades de IoT, especialmente en entornos remotos donde las baterías pueden ser difíciles de reemplazar, lo que convierte la funcionalidad en el centro del escenario incluso para circuitos de nanoescala de bajo consumo.
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