Explicado: GaN (nitruro de galio) y el futuro de la tecnología que contempla

En las últimas décadas, el espacio tecnológico ha visto un impulso en la adopción de soluciones de carga rápida. Ya sea en un teléfono inteligente, una tableta o incluso una computadora portátil, los cargadores rápidos comienzan a ser omnipresentes. Si bien la totalidad de estas ofertas está basada en silicio, la tecnología subyacente está comenzando a evolucionar hacia algo más poderoso, eficiente y compacto. Todo lo cual depende en gran medida de GaN (nitruro de galio), un material semiconductor que vio su aparición en los años 90 y, desde entonces, se ha investigado continuamente y se ha visto como un reemplazo potencial para el silicio, sin mencionar, una forma de lograr sistemas más potentes y eficientes con una huella más pequeña. Para obtener una mejor comprensión de lo que es GaN y cómo potencialmente depara el futuro de la tecnología en los próximos años, aquí hay una explicación.

La era del silicio

Una introducción rápida al estado actual de la tecnología: desde el inicio de los sistemas informáticos complejos, la tecnología central subyacente, que forma un marco para estos sistemas, ha visto cambios y avances gradualmente que han llevado el poder informático moderno a donde está hoy: manteniendo supremo para diversas demandas.

En la actualidad, la mayoría de las personas saben que el elemento esencial principal en los sistemas modernos, ya sean computadoras, teléfonos inteligentes u otros dispositivos electrónicos modernos, es el silicio (Si). Un material semiconductor que reemplazó a soluciones de generaciones anteriores como el tubo de vacío gracias a sus propiedades eléctricas superiores. Si bien, en general, la mayoría de los circuitos, placas base y otros componentes electrónicos que se encuentran en varios dispositivos usan silicio en su núcleo, el material que alguna vez fue popular ahora se está acercando a su punto de saturación.

Para aquellos que no lo saben, la Ley de Moore, que sugiere que la cantidad de transistores en un conjunto de chips se duplica cada dos años (mientras que el costo se reduce a la mitad), y describe con precisión el crecimiento de la informática moderna, está llegando a su fin. Lo que esto significa esencialmente es que, en la actualidad, los científicos informáticos parecen haber alcanzado los límites potenciales del silicio (particularmente con los MOSFET basados ​​en silicio), en los que no parece plausible traer avances y mejoras significativos a la mesa o coincidir con los de Moore. ley. Sin embargo, la búsqueda de muchos años para encontrar una alternativa al silicio, que no solo esté a la par sino que sea superior en algunos casos, ha llevado al descubrimiento de un nuevo material semiconductor, GaN o nitruro de galio.

¿Qué es GaN y qué ventajas tiene sobre el silicio?

GaN o nitruro de galio es un compuesto químico que muestra propiedades semiconductoras, cuyos estudios datan de los años 90. Durante ese período, el compuesto comenzó su viaje hacia los componentes electrónicos con LED y, más tarde, llegó a los reproductores de Blu-ray. Desde entonces, GaN ha encontrado su uso en la fabricación de transistores, diodos y algunos otros componentes. Y por lo tanto, por lo que parece, el material parece estar cada vez más cerca de reemplazar al silicio en diferentes verticales.

Uno de los factores distintivos (y más importantes) que separan al GaN del silicio es una brecha de banda más amplia, que es directamente proporcional a qué tan bien pasa la electricidad a través de un material. Para dar algo de contexto, la banda prohibida que ofrece GaN es de 3,4 eV, que, en comparación con los 1,12 eV de Silicon, es notablemente más amplia. Como resultado, GaN esencialmente puede soportar niveles de voltaje más altos que el silicio y puede transferir energía a velocidades más rápidas. Cuando se trata de seguridad, GaN logra reducir el calor disipado mejor que el silicio, lo que amplía aún más el alcance de las soluciones de carga que ahora pueden ser rápidas y seguras. En pocas palabras, lo que implican estas ventajas es que GaN puede ofrecer velocidades de procesamiento más rápidas que las de silicio, al mismo tiempo que es eficiente en cuanto a energía, mantiene un factor de forma relativamente más pequeño y mantiene el costo mucho más bajo.

Una de las razones detrás de la caída en el costo de producción tiene que ver con el hecho de que los componentes de GaN utilizarán los mismos procedimientos de fabricación de silicio que se utilizan en la fabricación de componentes basados ​​en silicio existentes para su producción. Aunque, en este punto, puede notar que los dispositivos GaN, por ejemplo, los adaptadores de carga basados ​​en GaN, actualmente tienen un precio ligeramente más alto que sus contrapartes de Silicon. Esto se debe a que el costo de fabricación siempre es más alto cuando tiene que producir componentes o dispositivos en pequeñas cantidades, a diferencia de los casos en que la fabricación se realiza a granel, lo que reduce significativamente el costo de producción. Entonces, una vez que comencemos a ver un aumento en la adopción de GaN en varios componentes electrónicos y tecnologías relacionadas, el costo final del producto final sería considerablemente más bajo que el de las ofertas de Silicon.

Sin embargo, eso no quiere decir que GaN pueda reemplazar fácilmente al silicio por completo. Dado que, al final del día, todo se reduce al escenario del caso de uso y los requisitos de un sistema. Por ejemplo, GaN puede no ser una opción ideal para sistemas que, digamos, tienen límites de baja temperatura o no requieren transferencias de energía más rápidas. Y por lo tanto, el silicio seguirá siendo relevante en dichos sistemas.

¿Dónde se usa (y se puede usar) GaN?

La tecnología GaN pronto será testigo de una inmensa adopción en el espacio de la tecnología de carga. A medida que los teléfonos inteligentes impulsan soluciones de carga más rápida en sus últimas ofertas, y los clientes parecen apreciarlas, nos estamos acercando a un punto en el que cada vez más fabricantes buscan adoptar GaN en lugar de Silicon. Obviamente, esto significa que los próximos cargadores para sus computadoras portátiles, tabletas o incluso teléfonos inteligentes ofrecerán más potencia (~ 65 W), cargarán dispositivos rápidamente y tendrán un tamaño compacto, además de ser seguros de usar. Algunos de los cargadores basados ​​en GaN actualmente disponibles de terceros fabricantes de accesorios incluyen los de marcas populares como RAVPower, Aukey y Anker, por nombrar algunos.

Si bien, en la actualidad, la adopción de GaN no es innovadora, ciertamente parece prometedora en los próximos años. Para empezar, puede esperar que GaN avance lentamente hacia el avance y la mejora de la red 5G, que algunos expertos sugieren que puede ayudar mejor con frecuencias sub-6GHz y mmWave. Sin mencionar la necesidad de aumentar la eficiencia energética de la red, que la tecnología GaN parece ofrecer mejor que sus contrapartes. Si bien el caso de uso de GaN para 5G es bastante diverso, apenas estamos rascando la superficie en esta discusión. Sin embargo, vale la pena mencionar que el tipo de velocidades de conexión y cobertura que se anticipa con las redes 5G requiere algo similar a lo que promete GaN.

De manera similar, otro dominio en el que el potencial de GaN puede ayudar con la mejora y el avance y, a su vez, reemplazar al silicio, son los componentes electrónicos como transistores y amplificadores. Sin mencionar los dispositivos optoelectrónicos, incluidos láseres, LED y algunos otros dispositivos electrónicos, que están viendo un gran potencial en GaN. En los últimos tiempos, los investigadores también han descubierto las ventajas potenciales del uso de GaN en automóviles autónomos, que dependen en gran medida de LiDAR (Detección de luz y distancia) para medir distancias entre diferentes objetos.

¿Qué impide que GaN se abra camino en la corriente principal?

Si bien, en mayor medida, la tecnología GaN seguramente parece prometedora cuando se trata de ofrecer más energía y velocidades más rápidas a un costo reducido y un tamaño compacto, todavía hay muchas incertidumbres y complejidades, que deben abordarse, que impiden que se reemplace. Silicio en varias verticales. El mayor de los cuales está relacionado con su adopción en el desarrollo de MOSFET que compiten cara a cara, si no mejor, que los basados ​​en silicio. Sin embargo, se están realizando estudios para encontrar una manera de hacer que GaN produzca MOSFET y otros campos para mejorar el futuro de la tecnología en los últimos años. Por lo tanto, no debería pasar mucho tiempo antes de que comencemos a ver GaN abriéndose paso en los productos de consumo convencionales.