Dijelaskan: GaN (Gallium Nitrida) dan masa depan teknologi yang dilihatnya

Diterbitkan: 2020-06-22

Selama beberapa dekade terakhir, ruang teknologi telah melihat dorongan dalam adopsi solusi pengisian cepat. Baik itu di smartphone, tablet, atau bahkan laptop, pengisi daya cepat mulai ada di mana-mana. Sementara keseluruhan penawaran ini berbasis silikon, teknologi yang mendasarinya mulai berkembang menjadi sesuatu yang lebih kuat, efisien, dan ringkas. Semuanya sangat bergantung pada GaN (Gallium Nitrida), bahan semikonduktor yang muncul kembali di tahun 90-an, dan sejak itu, terus diteliti dan dipandang sebagai pengganti potensial untuk Silikon — belum lagi, cara untuk mencapai sistem yang lebih kuat dan efisien dengan footprint yang lebih kecil. Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang apa itu GaN dan bagaimana potensinya memegang masa depan teknologi di tahun-tahun mendatang, inilah penjelasannya.

GaN Gallium Nitride

Daftar isi

era silikon

Pengantar cepat tentang keadaan teknologi saat ini: sejak dimulainya sistem komputasi yang kompleks, teknologi inti di bawahnya, yang membentuk kerangka kerja untuk sistem ini, secara bertahap melihat perubahan dan kemajuan yang telah membawa daya komputasi modern ke tempat seperti sekarang ini — memegang tertinggi untuk beragam tuntutan.

Saat ini, kebanyakan orang akan menyadari bahwa kebutuhan utama dalam sistem modern, baik itu komputer, telepon pintar, atau perangkat elektronik modern lainnya, adalah Silikon (Si). Bahan semikonduktor yang menggantikan solusi generasi sebelumnya seperti tabung vakum berkat sifat listriknya yang unggul. Sementara pada umumnya, sebagian besar sirkuit, motherboard, dan komponen elektronik lainnya yang ditemukan di berbagai perangkat menggunakan Silicon pada intinya, bahan yang dulu populer sekarang semakin mendekati titik jenuhnya.

silicon era

Bagi mereka yang tidak sadar, Hukum Moore, yang menunjukkan bahwa jumlah transistor pada sebuah chipset berlipat ganda setiap dua tahun (sedangkan biayanya dibelah dua), dan secara akurat menggambarkan pertumbuhan komputasi modern, mendekati akhir. Pada dasarnya ini berarti bahwa, saat ini, ilmuwan komputer tampaknya telah mencapai batas potensial dari Silicon (terutama dengan MOSFET berbasis Silicon), di mana tampaknya tidak masuk akal untuk membawa kemajuan dan perbaikan yang signifikan ke meja atau cocok dengan Moore. hukum. Namun, pencarian lama untuk menemukan alternatif untuk Silicon, yang tidak hanya setara tetapi unggul dalam beberapa kasus, telah menyebabkan penemuan bahan semikonduktor baru, GaN atau Gallium Nitrida.

Apa itu GaN, dan apa kelebihannya dibandingkan Silicon?

GaN atau Gallium Nitrida adalah senyawa kimia yang menunjukkan sifat semikonduktor, studi yang dimulai pada tahun 90-an. Selama periode itu, senyawa tersebut memulai perjalanannya ke komponen elektronik dengan LED, dan kemudian, menemukan jalannya ke pemutar Blu-ray. Sejak itu, GaN telah menemukan penggunaannya dalam pembuatan transistor, dioda, dan beberapa komponen lainnya. Dan oleh karena itu, dari apa yang tampak, material tersebut tampaknya semakin dekat untuk menggantikan Silikon di berbagai vertikal.

Salah satu faktor pembeda (dan paling penting) yang memisahkan GaN dari Silikon adalah celah pita yang lebih lebar, yang berbanding lurus dengan seberapa baik listrik melewati suatu bahan. Untuk memberikan beberapa konteks, celah pita yang ditawarkan oleh GaN datang pada 3,4 eV, yang, dibandingkan dengan 1,12 eV Silicon, terasa lebih lebar. Akibatnya, GaN pada dasarnya dapat mengatur untuk bertahan pada tingkat tegangan yang lebih tinggi daripada Silicon dan dapat mentransfer energi dengan kecepatan lebih cepat. Dalam hal keamanan, GaN berhasil mengurangi panas yang hilang lebih baik daripada Silicon, yang selanjutnya memperluas cakupan solusi pengisian daya yang sekarang dapat menjadi cepat dan aman. Sederhananya, apa yang tersirat dari keunggulan ini adalah bahwa GaN dapat menawarkan kecepatan pemrosesan yang lebih cepat daripada Silicon sambil tetap hemat daya, mempertahankan faktor bentuk yang relatif lebih kecil, dan menjaga biaya tetap rendah.

Explained: GaN (Gallium Nitride) and the future of tech it beholds - GaN vs SiC band gap

Alasan di balik penurunan biaya produksi berkaitan dengan fakta bahwa komponen GaN akan menggunakan prosedur pembuatan silikon yang sama yang digunakan dalam pembuatan komponen berbasis silikon yang ada untuk produksinya. Meskipun, pada titik ini, Anda mungkin memperhatikan bahwa perangkat GaN, misalnya, adaptor pengisian daya berbasis GaN, saat ini dihargai sedikit lebih tinggi daripada perangkat Silicon. Hal ini terjadi karena biaya produksi selalu berada di sisi yang lebih tinggi ketika Anda harus memproduksi komponen atau perangkat dalam jumlah kecil, berbeda dengan saat pembuatan dilakukan dalam jumlah besar, yang menurunkan biaya produksi secara signifikan. Jadi, begitu kita mulai melihat peningkatan adopsi GaN di berbagai komponen elektronik dan teknologi terkait, biaya akhir produk akhir akan jauh lebih rendah daripada yang ditawarkan Silicon.

Namun, itu tidak berarti bahwa GaN dapat dengan mudah menggantikan Silikon sepenuhnya. Karena, pada akhirnya, ini bermuara pada skenario kasus penggunaan dan persyaratan sistem. Misalnya, GaN mungkin bukan pilihan ideal untuk sistem yang, katakanlah, memiliki batas suhu rendah atau tidak memerlukan transfer energi yang lebih cepat. Dan karena itu, Silicon akan tetap relevan dalam sistem seperti itu.

Di mana (dan dapat) GaN digunakan?

Teknologi GaN akan segera menyaksikan adopsi besar-besaran di ruang teknologi pengisian daya. Saat smartphone mendorong solusi pengisian daya yang lebih cepat pada penawaran terbaru mereka, dan pelanggan tampaknya menghargai mereka, kami semakin dekat ke titik di mana semakin banyak produsen yang ingin mengadopsi GaN daripada Silicon. Ini jelas berarti bahwa pengisi daya yang akan datang untuk laptop, tablet, atau bahkan ponsel cerdas Anda akan menawarkan lebih banyak daya (~ 65W), mengisi daya perangkat dengan cepat, dan memiliki ukuran yang ringkas, sekaligus aman untuk digunakan. Beberapa pengisi daya berbasis GaN saat ini tersedia dari pembuat aksesori pihak ketiga termasuk yang dari merek populer seperti RAVPower, Aukey, dan Anker, untuk beberapa nama.

Explained: GaN (Gallium Nitride) and the future of tech it beholds - Aukey GaN Charger

Meskipun, saat ini, adopsi GaN bukanlah terobosan, itu pasti terlihat menjanjikan di tahun-tahun mendatang. Sebagai permulaan, Anda dapat mengharapkan GaN berjalan perlahan ke kemajuan dan peningkatan jaringan 5G, yang menurut beberapa ahli dapat membantu lebih baik dengan frekuensi sub-6GHz dan mmWave. Belum lagi, kebutuhan untuk meningkatkan efisiensi daya jaringan, yang tampaknya ditawarkan oleh teknologi GaN lebih baik daripada rekan-rekannya. Sementara kasus penggunaan GaN untuk 5G cukup beragam, kami hampir tidak membahas permukaan dalam diskusi ini. Namun, perlu disebutkan bahwa jenis kecepatan koneksi dan jangkauan yang diantisipasi dengan jaringan 5G memerlukan sesuatu yang serupa dengan apa yang dijanjikan GaN.

Demikian pula, domain lain yang potensi GaN dapat membantu dengan peningkatan dan kemajuan, dan pada gilirannya, menggantikan Silikon, adalah komponen elektronik seperti transistor dan amplifier. Belum lagi, perangkat optoelektronik, termasuk laser, LED, dan beberapa perangkat elektronik lainnya, yang melihat banyak potensi di GaN. Baru-baru ini, para peneliti juga menemukan keuntungan potensial menggunakan GaN di mobil otonom, yang sangat bergantung pada LiDAR (Deteksi Cahaya dan Jangkauan) untuk mengukur jarak antara objek yang berbeda.

Apa yang menahan GaN untuk masuk ke arus utama?

Sementara untuk tingkat yang lebih besar, teknologi GaN jelas terlihat menjanjikan dalam hal menawarkan lebih banyak energi dan kecepatan lebih cepat dengan biaya yang lebih rendah dan ukuran yang ringkas, masih banyak ketidakpastian dan kerumitan, yang perlu ditangani, yang menahannya untuk tidak diganti. Silikon di berbagai vertikal. Yang terbesar terkait dengan penerapannya dalam pengembangan MOSFET yang bersaing secara langsung, jika tidak lebih baik, daripada yang berbasis Silicon. Namun, penelitian untuk menemukan cara agar GaN dapat memproduksi MOSFET dan bidang lainnya sedang dilakukan untuk kemajuan teknologi masa depan selama beberapa tahun terakhir. Jadi, tidak akan lama sebelum kita mulai melihat GaN masuk ke produk konsumen arus utama.