Millenniumpriset för teknologi har i år tilldelats professor Bantval Jayant Baliga, som utvecklat halvledarkomponenten IGBT. Komponenten han utvecklat har bland annat genom att sänka produktionskostnaderna effektiverat användningen av elenergi och minskat behovet av fossila bränslen så till den grad att Forbes Magazine år 2016 utnämnde Baliga till mannen med det största negativa koldioxidavtrycket i världen.
När el ska transformeras från en högre spänningsnivå till en lägre behövs det strömbrytare och transformatorer. När elen transformeras kan tiotals procent av effekten gå förlorad. Det här händer överallt i samhället när elen går från elledningarna till en elapparat.
Professorn i experimentell materialfysik Filip Tuomisto berättar att nya halvledarmaterial ännu kan minska elsvinnet betydligt mer.
– Mängden elsvinn beror på egenskaperna hos materialet i strömbrytarna, och ofta på väldigt små föroreningar i materialet. Vi pratar om halter i en storleksnivå av miljondelar, säger Tuomisto.
Effekter av önskade och icke-önskade föroreningar
Tuomistos forskningsgrupp vid Helsingfors universitet har redan i flera år utvecklat halvledarmaterial som orsakar extremt lite elsvinn för den gröna elektronikens behov. I praktiken handlar det om att göra komponentmaterialens elektriska ledningsförmåga så hög som möjligt och samtidigt maximera deras genomslagsspänning för att minska energiförlusterna.
– Materialet måste göra det möjligt att upprätthålla en så stor spänning som möjligt utan att el, det vill säga elsvinn, kommer åt att gå genom brytaren när den är i off-läge. Men brytaren måste ändå leda el så bra som möjligt när den är i on-läge, för att inte ge upphov till svinn på grund av resistans, förklarar Tuomisto gällande utmaningen.
Särskilt lovande verkar aluminiumgalliumnitrid och aluminiumgalliumoxid vara. De skulle kunna ersätta den förening av kisel och kol, kiselkarbid, som används i högeffektiva transformatorer och strömbrytare i dag.
Strömbrytarna och transformatorerna måste förstås leda el, men helst så dåligt som möjligt. Även en extremt liten mängd önskade föroreningar i halvledarmaterialet aktiverar dess elledningsförmåga. I fråga om oxid- och nitridföreningar är den önskade föroreningen kisel.
I Helsingfors universitets acceleratorlaboratorium undersöker Tuomisto och hans forskningsgrupp vilken den optimala halten kisel är i dessa föreningar. Forskarna kan undersöka effekterna av önskade och oönskade föroreningar atom för atom, till exempel genom att skjuta in kisel och positroner i föreningarna.
Mer information
Professor Filip Tuomisto
Helsingfors universitet, Acceleratorlaboratoriet
filip.tuomisto@helsinki.fi
tfn 050 3841 799