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Faire monter la température sur les semi-conducteurs de nouvelle génération

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Faire monter la température sur les semi-conducteurs de nouvelle génération

La surface brûlante de Vénus, où les températures peuvent atteindre 480 degrés Celsius (suffisamment chaudes pour faire fondre le plomb), est un endroit inhospitalier pour les humains comme pour les machines. L’une des raisons pour lesquelles les scientifiques n’ont pas encore pu envoyer de rover à la surface de la planète est que les composants électroniques à base de silicium ne peuvent pas fonctionner à des températures extrêmes pendant une longue période.

Pour les applications à haute température telles que l’exploration de Vénus, les chercheurs se sont récemment tournés vers le nitrure de gallium, un matériau unique capable de résister à des températures de 500 degrés ou plus.

Le matériau est déjà utilisé dans certains appareils électroniques terrestres, tels que les chargeurs de téléphone et les tours de téléphonie cellulaire, mais les scientifiques ne comprennent pas bien comment les dispositifs au nitrure de gallium se comportent à des températures supérieures à 300 degrés, la limite opérationnelle de l’électronique traditionnelle au silicium.

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dans Nouvel article publié dans Lettres de physique appliquée, Dans le cadre d’un effort de recherche pluriannuel, une équipe de scientifiques du MIT et d’ailleurs a cherché à répondre à des questions clés sur les propriétés et les performances du matériau à des températures extrêmement élevées.

Ils ont étudié l’effet de la température sur les contacts ohmiques dans un dispositif au nitrure de gallium. Les contacts ohmiques sont des composants clés qui connectent un dispositif semi-conducteur au monde extérieur.

Les chercheurs ont constaté que les températures extrêmes n’entraînaient pas de dégradation significative du matériau en nitrure de gallium ou de ses contacts. Ils ont été surpris de constater que les points de contact restaient structurellement solides même lorsqu’ils étaient maintenus à 500°C pendant 48 heures.

Comprendre le fonctionnement des communications à des températures extrêmes constitue une étape importante vers le prochain objectif du groupe : développer des transistors hautes performances susceptibles de fonctionner à la surface de Vénus. De tels transistors pourraient également être utilisés sur Terre en électronique pour des applications telles que l’extraction d’énergie géothermique ou la surveillance des composants internes des moteurs à réaction.

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« Les transistors sont le cœur de la plupart des composants électroniques modernes, mais nous ne voulions pas nous lancer directement dans la fabrication d’un transistor au nitrure de gallium, car trop de choses pourraient mal tourner. Nous voulions d’abord nous assurer que les matériaux et les contacts restaient et voir à quel point ils changeaient. à mesure que la température augmentait. Étudiant diplômé en génie électrique et informatique (EECS) et auteur principal de cet article : « Nous concevrons notre propre transistor à partir de ces éléments de base des matériaux de base. »

Augmenter la température

Bien que le nitrure de gallium ait récemment attiré beaucoup d’attention, ce matériau est encore en retard de plusieurs décennies sur le silicium lorsqu’il s’agit de comprendre comment ses propriétés changent dans différentes conditions. L’une de ces propriétés est la résistance, qui est la circulation du courant électrique à travers un matériau.

La résistance totale de l’appareil est inversement proportionnelle à sa taille. Mais les appareils comme les semi-conducteurs ont des points de contact qui les connectent à d’autres appareils électroniques. La résistance de contact résultant de ces connexions électriques reste constante quelle que soit la taille de l’appareil. Une résistance de contact trop importante peut entraîner une dissipation de puissance plus élevée et des fréquences de fonctionnement plus lentes pour les circuits électroniques.

« Surtout lorsque l’on utilise des dimensions plus petites, les performances des appareils sont souvent limitées par la résistance de contact. Les gens ont une relativement bonne compréhension de la résistance de contact à température ambiante, mais personne n’a vraiment étudié ce qui se passe lorsque la température atteint 500 degrés », explique Niroula. .

Dans leur étude, les chercheurs ont utilisé les installations du MIT.nano pour construire des dispositifs en nitrure de gallium appelés structures de méthode de longueur de transfert, constitués d’une série de résistances. Ces appareils leur permettent de mesurer la résistance à la fois du matériau et des contacts.

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Ils ont ajouté des contacts ohmiques à ces appareils en utilisant les deux méthodes les plus courantes. La première méthode consiste à placer le métal dans du nitrure de gallium et à le chauffer à 825 degrés Celsius pendant environ 30 secondes, un processus appelé recuit.

La deuxième méthode consiste à retirer des morceaux de nitrure de gallium et à utiliser une technologie à haute température pour faire repousser du nitrure de gallium hautement dopé à leur place, un processus dirigé par Rajan et son équipe de l’Ohio State. Un matériau hautement énergétique contient des électrons supplémentaires qui peuvent contribuer à conduire le courant.

« La méthode de repousse entraîne généralement une faible résistance de contact à température ambiante, mais nous voulions voir si ces méthodes fonctionnaient toujours bien à des températures élevées », explique Niroula.

Une approche compréhensive

Ils ont testé les appareils de deux manières. Leurs collaborateurs de l’Université Rice, dirigés par Zhao, ont effectué des tests à court terme en plaçant les appareils sur un mandrin chauffé à 500 degrés Celsius et en prenant des mesures de résistance instantanées.

Au MIT, ils ont mené des expériences à long terme en plaçant les appareils dans un four spécialisé que le groupe avait précédemment développé. Ils ont laissé les appareils à l’intérieur pendant 72 heures maximum pour mesurer l’évolution de la résistance en fonction de la température et du temps.

Des experts en microscopie du MIT (Aubrey N. Penn) et de l’Institute for Technology Innovation (Nitul S. Rajput) ont utilisé des microscopes électroniques à transmission de pointe pour voir comment ces températures élevées affectent le nitrure de gallium et les contacts ohmiques dans l’atome. niveau.

« Nous pensions que les contacts ou le matériau en nitrure de gallium lui-même se dégraderaient considérablement, mais nous avons constaté le contraire. Il semblait que les contacts établis par les deux méthodes étaient remarquablement stables », explique Niroula.

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Bien qu’il soit difficile de mesurer la résistance à des températures aussi élevées, leurs résultats indiquent que la résistance de contact semble constante même à des températures de 500 degrés, pendant environ 48 heures. Comme à température ambiante, le processus de repousse a entraîné de meilleures performances.

Le matériau a commencé à se dégrader après avoir été placé au four pendant 48 heures, mais les chercheurs travaillent déjà à améliorer ses performances à long terme. Une stratégie consiste à ajouter des isolants de protection pour empêcher le matériau d’être directement exposé à un environnement à haute température.

À l’avenir, les chercheurs prévoient d’utiliser ce qu’ils ont appris lors de ces expériences pour développer des transistors au nitrure de gallium à haute température.

« Dans notre groupe, nous nous concentrons sur la recherche innovante au niveau des dispositifs pour repousser les frontières de la microélectronique, en adoptant une approche systématique à travers la hiérarchie, du niveau des matériaux au niveau des circuits. Ici, nous avons atteint le niveau physique pour comprendre les choses en profondeur. En d’autres termes, nous avons traduit les développements au niveau des appareils jusqu’à l’impact au niveau des circuits pour l’électronique à haute température, grâce à une conception, une modélisation et une fabrication complexes. Nous avons également la chance d’avoir noué des partenariats étroits avec nos collaborateurs de longue date au cours de ce voyage. .

référence: Nirula G, Shih Q, Rajput NS et al. Stabilité à haute température des contacts ohmiques régénérés alliés à l’hétérostructure AlGaN/GaN jusqu’à 500 °C. Lettres de physique appliquée. 2024;124(20):202103. est ce que je: 10.1063/5.0191297

Cet article a été republié ci-dessous Matiéres. Remarque : Le matériel peut avoir été modifié en termes de longueur et de contenu. Pour plus d’informations, veuillez contacter la source susmentionnée. Vous pouvez accéder à notre politique de communiqués de presse ici.

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IXPE découvre une nouvelle source de rayons X ultra-lumineux dans la Voie Lactée

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IXPE découvre une nouvelle source de rayons X ultra-lumineux dans la Voie Lactée

Poulet X-3un système binaire de rayons X situé à environ 7 400 parsecs (24 136 années-lumière) dans la constellation du Cygne, représente une classe de sources de rayons X ultra-lumineuses, selon une analyse des données de L’explorateur de polarimétrie à rayons X de la NASA (exp).

Halo autour de Cygnus X-3. Crédit image : NASA.

« Les binaires à rayons X sont des systèmes intéressants constitués de deux objets célestes : une étoile régulière et un objet compact tel qu’un trou noir ou une étoile à neutrons qui absorbe la matière de son compagnon stellaire », a expliqué Alexandra Velidina, astronome à l’Université de Turku. , et ses collègues. .

« Quelques centaines de sources de ce type ont été identifiées jusqu’à présent dans notre Voie Lactée. »

« En ce qui concerne les phénomènes les plus puissants de l’univers, la libération d’énergie gravitationnelle dans les systèmes binaires à rayons X se distingue comme un processus très efficace. »

« Parmi les premiers systèmes binaires à rayons X découverts dans l’univers se trouve Cygnus X-3 », ont-ils ajouté.

« Depuis le début des années 1970, ce système binaire est connu pour sa capacité à apparaître brièvement comme l’une des sources radio les plus intenses, puis à s’atténuer ou à disparaître complètement en quelques jours. »

« Cette étrange propriété a motivé les premiers efforts, coordonnés par des appels téléphoniques, pour standardiser les observations astronomiques à travers le monde. »

« Le comportement unique du système lors de ces événements de courte durée et extrêmement énergétiques, qui dément sa nature normale, lui a valu d’être appelé « puzzle astronomique Cygnus X-3 » par R. M. Hjellming en 1973. »

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«De nombreux efforts ont été déployés depuis pour comprendre sa nature.»

À l’aide du détecteur polarimétrique à rayons X, le Dr Filidina et ses co-auteurs ont mesuré la polarisation des rayons X du Cygnus X-3.

« La vision aux rayons X polarisés a permis de mieux comprendre la composition du matériau entourant l’objet compact du Cygnus X-3 », ont-ils déclaré.

« Nous avons découvert que l’objet compact est entouré d’une coque de matériau dense et opaque. »

« La lumière que nous observons est un reflet sur les parois intérieures de l’entonnoir formé par le gaz environnant et ressemble à une tasse avec un miroir à l’intérieur. »

« Cygne

« Les ULX sont généralement observés sous forme de points lumineux dans les images de galaxies lointaines, leurs émissions étant amplifiées par les effets de focalisation de l’entonnoir entourant l’objet compact, qui agit comme un haut-parleur », a déclaré le professeur Juri Potanen de l’Université de Turku.

« Cependant, en raison des grandes distances de ces sources, des milliers de fois supérieures à l’échelle de la Voie lactée, elles semblent relativement faibles aux télescopes à rayons X. »

« Notre découverte a maintenant révélé une contrepartie brillante à ces étoiles lointaines, les ULX, résidant dans notre galaxie. »

« Cette découverte importante représente un nouveau chapitre dans l’étude de cette source cosmique extraordinaire, offrant l’opportunité d’une exploration approfondie de la consommation extrême de matière. »

le résultats Il a été publié dans le magazine Astronomie naturelle.

_____

une. Filidine et autres. Cygnus X-3 a été détecté comme une source de rayons X ultra-lumineux dans la galaxie par IXPE. Nat Astron, publié en ligne le 21 juin 2024 ; est ce que je: 10.1038/s41550-024-02294-9

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La sonde chinoise revient sur Terre avec les premiers échantillons de la face cachée de la Lune

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La sonde chinoise revient sur Terre avec les premiers échantillons de la face cachée de la Lune

La sonde chinoise Chang’e 6 est revenue sur Terre mardi avec des échantillons de roches et de sol provenant de la face cachée de la Lune, peu explorée, dans une première mondiale.

La sonde a atterri mardi après-midi dans la région de Mongolie intérieure, dans le nord de la Chine.

Les scientifiques chinois s’attendent à ce que les échantillons renvoyés comprennent des roches volcaniques vieilles de 2,5 millions d’années et d’autres matériaux qui, espèrent-ils, répondront aux questions sur les différences géographiques de part et d’autre de la Lune.

Alors que les précédentes missions américaines et soviétiques collectaient des échantillons sur la face visible de la Lune, la mission chinoise a été la première à collecter des échantillons sur la face cachée de la Lune.

Le côté le plus proche est ce que l’on voit depuis la Terre et le côté le plus éloigné fait face à l’espace.

La face cachée est également connue pour contenir des montagnes et des cratères de météorites, ce qui contraste avec les zones relativement plates que l’on peut voir sur la face proche.

La sonde a quitté la Terre le 3 mai et son voyage a duré 53 jours. Il a foré le noyau de la Lune et extrait des roches de la surface.

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Les échantillons devraient répondre à l’une des questions scientifiques fondamentales de la recherche scientifique lunaire : quelle activité géologique est responsable des différences entre les deux faces ? Zhongyu Yu, géoscientifique à l’Académie chinoise des sciences, a déclaré dans un communiqué publié dans Innovation, une revue publiée en partenariat avec l’académie.

Ces dernières années, la Chine a lancé avec succès plusieurs missions sur la Lune et collecté des échantillons de sa face proche à l’aide de la sonde Chang’e 5.

Les scientifiques espèrent également que la sonde restituera des matériaux portant des traces d’impacts de météorites du passé de la Lune.

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Une vidéo montre les débris d’un missile chinois présumé tombant sur le village après son lancement

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Une vidéo montre les débris d’un missile chinois présumé tombant sur le village après son lancement


Hong Kong
CNN

Des débris soupçonnés d’être issus d’un missile chinois ont été vus tomber au sol au-dessus d’un village du sud-ouest de la Chine samedi, laissant derrière eux une traînée de fumée jaune vif et poussant les villageois à fuir, selon l’agence de presse officielle chinoise Xinhua. Vidéos sur les réseaux sociaux chinois et envoyé à CNN par un témoin local.

Les images dramatiques sont apparues en ligne peu de temps après le lancement de la fusée porteuse Longue Marche 2C. Lancé 15 heures. La fusée a été lancée samedi, heure locale (3 h HE) depuis le centre de lancement de satellites de Xichang, dans le sud-ouest de la province du Sichuan.

La fusée a envoyé en orbite le Variable Space Object Observer, un puissant satellite développé par la Chine et la France pour étudier l’explosion d’étoiles la plus lointaine connue sous le nom de sursauts gamma.

Le dirigeant chinois Xi Jinping s’est engagé à consolider la position de son pays en tant que puissance spatiale dominante et à intensifier ses missions spatiales pour rivaliser avec d’autres grandes puissances mondiales, dont les États-Unis.

Le lancement a eu lieu samedi Annoncer Un « succès total » a été obtenu par la China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC), un entrepreneur public qui a développé la fusée Longue Marche 2C.

CNN a contacté le CASC et le Bureau d’information du Conseil d’État, qui gère les demandes de presse du gouvernement chinois, y compris l’agence spatiale chinoise, pour obtenir leurs commentaires.

Une vidéo publiée sur Kuaishu, un site chinois de courtes vidéos, montre un long morceau de débris cylindrique tombant sur un village rural et s’écrasant près d’une colline, avec de la fumée jaune s’échappant d’une extrémité.

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CNN a identifié l’emplacement géographique de la vidéo qui sera filmée depuis le village de Xianqiao dans la province du Guizhou, adjacent au site de lancement dans la province du Sichuan au sud-est. La vidéo a été publiée sur Kuaishou à partir d’une adresse IP située dans le Guizhou.

D’autres vidéos diffusées sur les plateformes de médias sociaux chinoises et analysées par CNN montraient des chutes de débris sous plusieurs angles. Dans l’une d’elles, des villageois, dont des enfants, ont été vus s’enfuir en regardant la trace orange dans le ciel, tandis que certains se bouchaient les oreilles en prévision de la collision.

Certaines vidéos ont été supprimées lundi après-midi.

Des témoins oculaires ont déclaré sur les réseaux sociaux avoir entendu une forte explosion après que les débris soient tombés au sol. Un témoin oculaire a déclaré à CNN qu’il avait vu le missile tomber « de ses propres yeux ». Ils ont ajouté : « Il y avait une forte odeur et le bruit d’une explosion ».

Dans un avis gouvernemental désormais supprimé, republié par un villageois local peu après le lancement, les autorités ont indiqué que la municipalité de Xinba, près du village de Qianqiao, devait mener une « mission de récupération des débris de missiles » de 14h45 à 15h15, heure locale. . L’heure est samedi.

Les résidents ont été invités à quitter leur domicile et autres bâtiments une heure avant le lancement et à se disperser dans des zones plus ouvertes pour observer le ciel. Ils ont été avertis de rester à l’écart de l’épave pour éviter les dommages causés par « des gaz toxiques et une explosion », selon l’avis.

Il est « strictement interdit » aux résidents de prendre des photos de l’épave ou de « publier des vidéos sur ce sujet sur Internet », indique l’avis.

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Aucun blessé n’a été signalé dans l’immédiat par les autorités locales.

Markus Schiller, expert en missiles et associé de recherche principal à l’Institut international de recherche sur la paix de Stockholm, a déclaré que les débris semblent être le propulseur du premier étage de la fusée Longue Marche 2C, qui utilise un carburant liquide composé de tétroxyde d’azote et de diméthylhydrazine asymétrique (UDMH). ).

« Ce mélange crée toujours des traînées de fumée orange. Il est hautement toxique et cancérigène », a déclaré Schiller. « Tous les êtres vivants qui inhalent ce produit vont connaître des moments difficiles dans un avenir proche. »

Il a ajouté que de tels incidents se produisent fréquemment en Chine en raison de son site de lancement.

« Si vous souhaitez lancer quelque chose sur une orbite terrestre basse, vous le lancez généralement vers l’est pour bénéficier d’un élan supplémentaire de la rotation de la Terre. Mais si vous lancez vers l’est, il y a toujours des villages sur le chemin du premier. boosters de scène.

La plupart des fusées chinoises sont lancées depuis les trois sites de lancement intérieurs du pays : Xichang au sud-ouest, Jiuquan dans le désert de Gobi au nord-ouest et Taiyuan au nord. Ces bases ont été construites pendant la guerre froide et ont été délibérément placées loin des côtes pour des raisons de sécurité.

En 2016, un quatrième site de lancement, Wenchang, a été ouvert sur l’île de Hainan, la province la plus méridionale du pays.

En comparaison, la NASA et l’Agence spatiale européenne lancent généralement leurs fusées depuis des sites côtiers vers l’océan, a déclaré Schiller, également directeur de ST Analytics à Munich, en Allemagne.

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Il a ajouté que les agences spatiales occidentales ont largement éliminé ce type de propulseur liquide hautement toxique pour leurs programmes spatiaux civils, que la Chine et la Russie utilisent toujours.

Les fusées à plusieurs étages rejettent des débris peu de temps après le lancement, le long de trajectoires pouvant être prédites avant le lancement.

Avant chaque lancement, l’autorité de l’aviation civile chinoise publie généralement un avis aux pilotes, connu sous le nom de NOTAM, les avertissant des « zones de danger temporaires » où des débris de missiles sont susceptibles de tomber.

Les débris des missiles chinois ont déjà touché des villages. En décembre 2023, des fragments de missiles sont tombés dans la province méridionale du Hunan, endommageant deux maisons, ont rapporté les médias officiels. En 2002, il y avait un garçon dans le nord de la Chine blessé Lorsque des fragments d’un lancement de satellite sont tombés sur son village de la province du Shaanxi.

« Je pense que nous verrons quelque chose comme ça pendant longtemps, dans de nombreuses années à venir », a déclaré Schiller.

La Chine a déjà été critiquée par la communauté spatiale internationale pour sa gestion des débris des propulseurs de fusée qui sont devenus incontrôlables à leur retour sur Terre.

En 2021, La NASA a critiqué la Chine Pour ne pas avoir « respecté les normes responsables » après que les débris de sa fusée incontrôlable Longue Marche 5B soient tombés dans l’océan Indien juste à l’ouest des Maldives après être rentrés dans l’atmosphère.

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