説明: GaN (窒化ガリウム) とそれが見る技術の未来

公開: 2020-06-22

過去数十年にわたって、テクノロジー分野では急速充電ソリューションの採用に拍車がかかってきました。スマートフォン、タブレット、さらにはラップトップでも、急速充電器が普及し始めています。これらの製品はすべてシリコンベースですが、基盤となるテクノロジは、より強力で効率的でコンパクトなものへと進化し始めています。これらはすべて、90 年代に登場した半導体材料である GaN (窒化ガリウム) に大きく依存しており、それ以来、継続的に研究されており、シリコンの潜在的な代替品と見なされてきました。フットプリントが小さく、より強力で効率的なシステム。 GaN とは何か、また、GaN が今後数年間の技術の未来をどのように保持する可能性があるかをよりよく理解するために、ここに説明があります。

GaN Gallium Nitride

シリコン時代

テクノロジーの現状に関する簡単な入門書: 複雑なコンピューティングシステムの開始以来、これらのシステムのフレームワークを形成するコアテクノロジーは、徐々に変化と進歩を遂げ、現代のコンピューティング能力を今日の場所にもたらしました —多様な要求に応えます。

現在、ほとんどの人は、コンピューター、スマートフォン、またはその他の最新の電子デバイスである最新のシステムで最も重要なものがシリコン (Si) であることを認識しています。その優れた電気的特性により、真空管のような以前の世代のソリューションに取って代わった半導体材料。概して、さまざまなデバイスに見られる回路、マザーボード、およびその他の電子部品の大部分がシリコンをコアに使用していますが、かつて人気のあった素材は現在、飽和点に近づいています.

silicon era

知らない人のために説明すると、チップセット上のトランジスタの数は 2 年ごとに 2 倍になり (コストは半分になる)、現代のコンピューティングの成長を正確に表しているムーアの法則は終わりに近づいています。これが本質的に意味することは、現在、コンピューター科学者はシリコン (特にシリコンベースの MOSFET) の潜在的な限界に達しているように見えるということです。そこでは、大幅な進歩と改善をテーブルにもたらしたり、ムーアのものと一致したりすることは妥当ではないようです。法。しかし、シリコンに代わるものを見つけるための長年の探求は、同等であるだけでなく、場合によっては優れているため、新しい半導体材料である GaN または窒化ガリウムの発見につながりました。

GaN とは何ですか? また、シリコンにはどのような利点がありますか?

GaN または窒化ガリウムは、半導体特性を示す化合物であり、その研究は 90 年代にさかのぼります。その間、化合物は LED を備えた電子部品への旅を開始し、その後、Blu-ray プレーヤーへの道を見つけました。それ以来、GaN は、トランジスタ、ダイオード、およびその他のいくつかのコンポーネントの製造に使用されるようになりました。したがって、見た目からすると、この材料は、さまざまな分野でシリコンに取って代わるものになりつつあるようです。

GaN とシリコンを区別する際立った (そして最も重要な) 要因の 1 つは、より広いバンドギャップです。これは、電気が材料をどれだけうまく通過するかに正比例します。コンテキストを説明すると、GaN によって提供されるバンドギャップは 3.4 eV になり、シリコンの 1.12 eV と比較して、著しく広いです。その結果、GaN は本質的にシリコンよりも高い電圧レベルに耐えることができ、より高速でエネルギーを伝達することができます。安全性に関して言えば、GaN はシリコンよりも放熱を抑えることに成功しており、高速かつ安全な充電ソリューションの範囲をさらに広げています。簡単に言えば、これらの利点は、GaN が電力効率が高く、比較的小さいフォームファクタを維持し、コストを大幅に低く抑えながら、シリコンよりも高速な処理速度を提供できることを意味します。

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

生産コストの低下の背後にある理由は、GaN コンポーネントが、既存のシリコンベースのコンポーネントの製造に使用されているものと同じシリコン製造手順を使用するという事実に関係しています。とはいえ、現時点では、GaN デバイス、たとえば GaN ベースの充電アダプターは現在、シリコン製のものよりもわずかに高い価格になっていることに気付くかもしれません。これは、製造が大量に行われる場合とは対照的に、コンポーネントまたはデバイスを少量生産する必要がある場合、製造コストが常に高くなり、生産コストが大幅に削減されるためです。そのため、さまざまな電子部品や関連技術で GaN の採用が増加し始めると、最終製品の最終コストは、シリコンが提供するコストよりも大幅に低くなります。

ただし、GaN がシリコンを完全に置き換えることができるとは言いません。結局のところ、それはユースケースのシナリオとシステムの要件に帰着します。たとえば、低温限界があるシステムや、より高速なエネルギー転送を必要としないシステムでは、GaN は理想的な選択肢ではない可能性があります。したがって、シリコンはそのようなシステムにも引き続き関連します。

GaN はどこで使用されていますか (また使用できる可能性がありますか?)

GaN 技術は、充電技術の分野で急速に普及するでしょう。スマートフォンが最新の製品でより高速な充電ソリューションを推進し、顧客がそれらを高く評価しているように見えるため、ますます多くのメーカーがシリコンよりも GaN を採用しようとするポイントに近づいています。これは明らかに、ラップトップ、タブレット、さらにはスマートフォン用の今後の充電器が、より多くの電力 (最大 65 W) を提供し、デバイスをすばやく充電し、コンパクトなサイズでありながら、安全に使用できることを意味します. サードパーティのアクセサリメーカーから現在入手可能な GaN ベースの充電器には、RAVPower、Aukey、Anker などの人気ブランドのものが含まれます。

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

現時点では、GaN の採用は画期的ではありませんが、今後数年間で確実に有望に見えます。まず第一に、GaN が 5G ネットワークの進歩と改善にゆっくりと進むことを期待できます。一部の専門家は、サブ 6GHz および mmWave 周波数でより効果的であると示唆しています。言うまでもなく、ネットワークの電力効率を向上させる必要性は、GaN 技術が対応するものよりも優れているように思われます。 5G での GaN の使用例は非常に多様ですが、この議論は表面的なものにすぎません。ただし、5G ネットワークで期待される種類の接続速度とカバレッジには、GaN が約束するものと同様のものが必要であることに言及する価値があります。

同様に、GaN の可能性が改善と進歩を助け、ひいてはシリコンに取って代わることができるもう 1 つの領域は、トランジスタやアンプなどの電子部品です。言うまでもなく、レーザー、LED、および GaN で多くの可能性を見出している他のいくつかの電子デバイスなどを含むオプトエレクトロニクスデバイス。最近、研究者は、さまざまな物体間の距離を測定するために LiDAR (Light Detection and Ranging) に大きく依存している自動運転車で GaN を使用することの潜在的な利点も発見しました。

GaNが主流になるのを妨げているものは何ですか?

GaN技術は、低コストとコンパクトなサイズでより多くのエネルギーとより速い速度を提供することになると、確かにかなり有望に見えますが、対処する必要がある多くの不確実性と複雑さが残っており、代替することを妨げています。さまざまな業種にわたるシリコン。その最大のものは、シリコンベースのものよりも優れていないとしても、真っ向から競合するMOSFETの開発に採用されたことに関連しています。しかし、GaN を MOSFET やその他の分野の製造に使用する方法を見つけるための研究は、過去数年間、技術の未来を改善するために行われています。したがって、GaN が主流の消費者向け製品に採用されるのを目にするのに、それほど時間はかからないはずです。