Expliqué : GaN (nitrure de gallium) et l'avenir de la technologie qu'il voit

Au cours des dernières décennies, l'espace technologique a connu une impulsion dans l'adoption de solutions de charge rapide. Que ce soit sur un smartphone, une tablette ou même un ordinateur portable, les chargeurs rapides commencent à devenir omniprésents. Alors que l'intégralité de ces offres est basée sur le silicium, la technologie sous-jacente commence à évoluer vers quelque chose de plus puissant, efficace et compact. Tout cela dépend fortement du GaN (nitrure de gallium), un matériau semi-conducteur qui a vu son émergence dans les années 90, et depuis lors, a été continuellement recherché et considéré comme un remplacement potentiel du silicium - sans parler, un moyen d'atteindre des systèmes plus puissants et efficaces avec un encombrement réduit. Pour mieux comprendre ce qu'est le GaN et comment il détient potentiellement l'avenir de la technologie dans les années à venir, voici un explicatif.

L'ère du silicium

Une introduction rapide à l'état actuel de la technologie : depuis la création de systèmes informatiques complexes, la technologie de base sous-jacente, qui forme un cadre pour ces systèmes, a progressivement connu des changements et des avancées qui ont amené la puissance de calcul moderne là où elle se trouve aujourd'hui - suprême pour diverses demandes.

À l'heure actuelle, la plupart des gens savent que le principal élément essentiel des systèmes modernes, qu'il s'agisse d'ordinateurs, de smartphones ou d'autres appareils électroniques modernes, est le silicium (Si). Un matériau semi-conducteur qui a remplacé les solutions de génération précédente comme le tube à vide grâce à ses propriétés électriques supérieures. Alors que dans l'ensemble, la majorité des circuits, cartes mères et autres composants électroniques trouvés sur divers appareils utilisent le silicium à la base, le matériau autrefois populaire se rapproche maintenant de son point de saturation.

Pour ceux qui ne le savent pas, la loi de Moore, qui suggère que le nombre de transistors sur un chipset double tous les deux ans (alors que le coût est divisé par deux), et décrit avec précision la croissance de l'informatique moderne, touche à sa fin. Cela signifie essentiellement qu'à l'heure actuelle, les informaticiens semblent avoir atteint les limites potentielles du silicium (en particulier avec les MOSFET à base de silicium), dans lesquels il ne semble pas plausible d'apporter des avancées et des améliorations significatives à la table ou de correspondre à Moore. droit. Cependant, la quête séculaire pour trouver une alternative au silicium, non seulement équivalente mais supérieure dans certains cas, a conduit à la découverte d'un nouveau matériau semi-conducteur, GaN ou nitrure de gallium.

Qu'est-ce que le GaN et quels avantages présente-t-il par rapport au silicium ?

Le GaN ou Nitrure de Gallium est un composé chimique présentant des propriétés semi-conductrices, dont les études remontent aux années 90. Au cours de cette période, le composé a commencé son voyage dans les composants électroniques avec des LED, et plus tard, a trouvé sa place dans les lecteurs Blu-ray. Depuis lors, le GaN a trouvé son utilisation dans la fabrication de transistors, de diodes et de quelques autres composants. Et par conséquent, d'après ce qu'il semble, le matériau semble se rapprocher pour remplacer le silicium dans différentes verticales.

L'un des facteurs distinctifs (et les plus importants) qui séparent le GaN du silicium est une bande interdite plus large, qui est directement proportionnelle à la qualité du passage de l'électricité à travers un matériau. Pour donner un peu de contexte, la bande interdite offerte par le GaN est de 3,4 eV, ce qui, comparé aux 1,12 eV du silicium, est sensiblement plus large. En conséquence, le GaN peut essentiellement supporter des niveaux de tension plus élevés que le silicium et peut transférer de l'énergie à des vitesses plus rapides. En matière de sécurité, le GaN parvient à mieux réduire la chaleur dissipée que le silicium, ce qui élargit encore la portée des solutions de charge qui peuvent désormais être à la fois rapides et sûres. En termes simples, ces avantages impliquent que le GaN peut offrir des vitesses de traitement plus rapides que le silicium tout en étant économe en énergie, en conservant un facteur de forme relativement plus petit et en maintenant les coûts bien plus bas.

L'une des raisons de la baisse des coûts de production est liée au fait que les composants GaN utiliseront les mêmes procédures de fabrication de silicium que celles utilisées dans la fabrication des composants existants à base de silicium pour leur production. Bien qu'à ce stade, vous remarquiez peut-être que les appareils GaN, par exemple les adaptateurs de charge à base de GaN, ont actuellement un prix légèrement supérieur à celui de leurs homologues en silicium. En effet, le coût de fabrication est toujours plus élevé lorsque vous devez produire des composants ou des dispositifs en petit nombre, par opposition aux cas où la fabrication a lieu en vrac, ce qui réduit considérablement le coût de production. Ainsi, une fois que nous commencerons à voir une augmentation de l'adoption du GaN dans divers composants électroniques et technologies connexes, le coût final du produit final serait considérablement inférieur à celui des offres de Silicon.

Cependant, cela ne veut pas dire que le GaN peut facilement remplacer entièrement le silicium. Puisqu'en fin de compte, cela se résume au scénario d'utilisation et aux exigences d'un système. Par exemple, le GaN peut ne pas être un choix idéal pour les systèmes qui, par exemple, ont des limites de basse température ou ne nécessitent pas de transferts d'énergie plus rapides. Et par conséquent, le silicium sera toujours pertinent dans de tels systèmes.

Où est (et peut être) utilisé le GaN ?

La technologie GaN va bientôt connaître une immense adoption dans le domaine de la technologie de charge. Alors que les smartphones proposent des solutions de recharge plus rapides sur leurs dernières offres et que les clients semblent les apprécier, nous nous rapprochons d'un point où de plus en plus de fabricants cherchent à adopter le GaN plutôt que le silicium. Cela signifie évidemment que les prochains chargeurs pour vos ordinateurs portables, tablettes ou même smartphones offriront plus de puissance (~ 65W), chargeront les appareils rapidement et auront une taille compacte, tout en étant sûrs à utiliser. Certains des chargeurs à base de GaN actuellement disponibles auprès de fabricants d'accessoires tiers incluent ceux de marques populaires telles que RAVPower, Aukey et Anker, pour n'en nommer que quelques-uns.

Bien qu'à l'heure actuelle, l'adoption du GaN ne soit pas révolutionnaire, elle semble certainement prometteuse dans les années à venir. Pour commencer, vous pouvez vous attendre à ce que GaN fasse son chemin lentement dans l'avancement et l'amélioration du réseau 5G, ce qui, selon certains experts, peut mieux aider avec des fréquences inférieures à 6 GHz et mmWave. Sans oublier la nécessité d'augmenter l'efficacité énergétique du réseau, que la technologie GaN semble offrir mieux que ses homologues. Bien que le cas d'utilisation de GaN pour la 5G soit assez diversifié, nous effleurons à peine la surface dans cette discussion. Cependant, il convient de mentionner que le type de vitesse de connexion et de couverture prévu avec les réseaux 5G nécessite quelque chose de similaire dans le sens de ce que GaN promet.

De même, un autre domaine dans lequel le potentiel de GaN peut contribuer à l'amélioration et à l'avancement, et à son tour remplacer le silicium, est celui des composants électroniques tels que les transistors et les amplificateurs. Sans oublier les appareils optoélectroniques, y compris les lasers, les LED et quelques autres appareils électroniques, qui voient beaucoup de potentiel dans le GaN. Ces derniers temps, les chercheurs ont également découvert les avantages potentiels de l'utilisation du GaN dans les voitures autonomes, qui dépendent fortement du LiDAR (Light Detection and Ranging) pour mesurer les distances entre différents objets.

Qu'est-ce qui empêche le GaN de se frayer un chemin dans le courant dominant ?

Alors que dans une plus grande mesure, la technologie GaN semble sûrement prometteuse lorsqu'il s'agit d'offrir plus d'énergie et des vitesses plus rapides à un coût réduit et une taille compacte, il y a encore beaucoup d'incertitudes et de complexités, qui doivent être résolues, qui l'empêchent de remplacer Silicium dans divers secteurs verticaux. Le plus important est lié à son adoption dans le développement de MOSFET qui concurrencent directement, sinon mieux, que ceux basés sur le silicium. Cependant, des études visant à trouver un moyen d'intégrer le GaN dans la production de MOSFET et d'autres domaines sont en cours pour l'amélioration de l'avenir de la technologie au cours des dernières années. Il ne devrait donc pas falloir longtemps avant que nous commencions à voir le GaN faire son chemin dans les produits de consommation grand public.