Forscher haben kürzlich einen Ansatz entwickelt, um Halbleiter aus Diamanten herzustellen. Ihr Ziel: Die Revolution der Stromnetz für die Klimaneutralität.
Durch immer mehr Elektrogeräte nahm der Stromverbrauch in den vergangenen Jahren deutlich zu. Aufgrund von immer leistungsfähigeren Computern und Elektrofahrzeugen benötigt die Welt bereits jährlich um die 21 Billionen Kilowattstunden an Strom. Doch der Bedarf dürfte in den kommenden Jahrzehnten weiter steigen.
Forscher der Universität von Illinois entwickelten deshalb kürzlich ein hochleistungsfähigen Halbleiter aus Diamanten, der einen Durchbruch darstellen könnte. Er soll dabei helfen, den wachsenden Strombedarf zu decken und gleichzeitig das Erreichen der Klimaneutralität im Jahr 2025 sicherzustellen. Denn die Diamanttechnologie ist effizienter als aktuelle Halbleiter und Computerchips, die auf Silizium basieren.
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Halbleiter aus Diamanten für effektivere Stromnetze
Um die Kohlenstoffneutralität zu erreichen, muss nämlich ein Umdenken stattfinden. Elektronischen Materialien müssen etwa effizient und langlebig sein, um ein zuverlässigeres und widerstandsfähigeres Stromnetz zu schaffen. Und hier kommen die Diamanten ins Spiel.
Denn der von den Forschern entwickelte Halbleiter aus Diamanten weist die höchste Durchschlagsfestigkeit und den niedrigsten Leckstrom im Vergleich zu anderen Halbleitern auf. Die Durchschlagsfestigkeit gibt dabei an, wann ein Material anfängt, Strom zu leiten, während der Leckstrom ein Indikator für die Materialqualität ist.
Derzeit steuern Leistungsgeräte etwa 50 Prozent des weltweiten Stroms. Dieser Wert dürfte in den nächsten Jahren auf 80 Prozent ansteigen. Gleichzeitig steigt die Menge an Strom, der durch diese Geräte verwaltet wird, bis 2050 um voraussichtlich 50 Prozent.
Erste Versuche zeigen Stabilität bei über fünf Kilovolt
Um diesen Strombedarf zu decken und eine hohe Zuverlässigkeit zu erzielen, ist es wichtig, von herkömmlichen Materialien wie Silizium auf neue Materialien, wie Diamanten und verwandte Verbindungen umzusteigen. Denn Diamanten haben als Halbleiter die höchste Wärmeleitfähigkeit.
Aufgrund dieser Eigenschaft ist ein Betrieb von Diamant-Halbleitern bei viel höheren Spannungen möglich. Gleichzeitig sinkt der Materialaufwand. Ein weiterer Vorteil: Diamanten können im Labor kostengünstig und nachhaltig hergestellt werden, was diesen zu einer praktikablen und wichtigen Halbleiteralternative macht.
Der von den Forschern entwickelte Halbleiter aus Diamanten kann eine hohe Spannung von etwa fünf Kilovolt aushalten, obwohl die Messanordnung und nicht das Gerät selbst die Spannung begrenzte. In der Theorie ist ein Einsatz bis zu neun Kilovolt möglich.
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