설명: GaN(질화갈륨)과 그것이 바라보는 기술의 미래

지난 수십 년 동안 기술 분야는 급속 충전 솔루션을 채택하는 데 박차를 가했습니다. 스마트폰, 태블릿, 심지어 노트북에서도 고속 충전기가 보편화되기 시작했습니다. 이러한 제품은 모두 실리콘 기반이지만 기본 기술은 보다 강력하고 효율적이며 컴팩트한 기술로 진화하기 시작했습니다. 이 모든 것은 90년대에 등장한 반도체 재료인 GaN(질화갈륨)에 크게 의존하며, 그 이후로 지속적으로 연구되어 왔으며 실리콘의 잠재적인 대체품으로 간주되어 왔습니다. 더 작은 설치 공간으로 더 강력하고 효율적인 시스템. GaN이 무엇이며 향후 몇 년 동안 기술의 미래를 잠재적으로 어떻게 유지할 수 있는지 더 잘 이해하기 위해 여기 설명자가 있습니다.

실리콘 시대

현재 기술 상태에 대한 간략한 입문서: 복잡한 컴퓨팅 시스템이 시작된 이후로 이러한 시스템의 프레임워크를 형성하는 핵심 기술은 점진적으로 변화와 발전을 통해 오늘날의 컴퓨팅 성능을 가져왔습니다. 다양한 요구에 대해 최고를 유지합니다.

현재 대부분의 사람들은 컴퓨터, 스마트폰 또는 기타 현대 전자 장치와 같은 현대 시스템의 기본 필수 요소가 실리콘(Si)이라는 것을 알고 있을 것입니다. 우수한 전기적 특성 덕분에 진공관과 같은 이전 세대 솔루션을 대체한 반도체 재료입니다. 일반적으로 다양한 장치에서 볼 수 있는 대부분의 회로, 마더보드 및 기타 전자 부품은 핵심에 실리콘을 사용하지만 한때 인기를 끌었던 재료는 이제 포화점에 가까워지고 있습니다.

모르는 사람들을 위해 칩셋의 트랜지스터 수가 2년마다 두 배(비용은 절반)이고 현대 컴퓨팅의 성장을 정확하게 묘사한다는 무어의 법칙이 거의 끝나가고 있습니다. 이것이 본질적으로 의미하는 바는 현재 컴퓨터 과학자들이 실리콘의 잠재적 한계(특히 실리콘 기반 MOSFET의 경우)에 도달한 것 같습니다. 법. 그러나 동등할 뿐만 아니라 어떤 경우에는 더 우수한 실리콘에 대한 대안을 찾기 위한 오랜 탐구는 새로운 반도체 재료인 GaN 또는 질화갈륨의 발견으로 이어졌습니다.

GaN은 무엇이며 실리콘에 비해 어떤 이점이 있습니까?

GaN 또는 질화갈륨은 반도체 특성을 나타내는 화합물로 90년대로 거슬러 올라갑니다. 이 기간 동안 화합물은 LED가 있는 전자 부품으로의 여정을 시작했으며 나중에 Blu-ray 플레이어에 적용되었습니다. 그 이후로 GaN은 트랜지스터, 다이오드 및 기타 몇 가지 부품 제조에 사용되었습니다. 따라서 보이는 것으로부터 재료는 다양한 업종에서 실리콘을 대체하기 위해 조금씩 가까워지는 것 같습니다.

GaN과 실리콘을 구별하는 가장 중요한 요소 중 하나는 더 넓은 밴드 갭이며, 이는 전기가 재료를 얼마나 잘 통과하는지에 정비례합니다. 컨텍스트를 제공하기 위해 GaN이 제공하는 밴드갭은 3.4eV이며, 이는 Silicon의 1.12eV에 비해 눈에 띄게 더 넓습니다. 결과적으로 GaN은 본질적으로 실리콘보다 더 높은 전압 레벨을 견딜 수 있고 더 빠른 속도로 에너지를 전달할 수 있습니다. 안전과 관련하여 GaN은 실리콘보다 소산되는 열을 더 잘 줄여 이제 빠르고 안전할 수 있는 충전 솔루션의 범위를 더욱 확장합니다. 간단히 말해서, 이러한 장점이 의미하는 바는 GaN이 실리콘보다 더 빠른 처리 속도를 제공하면서 전력 효율적이고 상대적으로 더 작은 폼 팩터를 유지하며 비용을 훨씬 더 낮출 수 있다는 것입니다.

생산 비용이 하락한 이유는 GaN 구성 요소가 기존 실리콘 기반 구성 요소의 생산에 사용되는 것과 동일한 실리콘 제조 절차를 사용한다는 사실과 관련이 있습니다. 그러나 이 시점에서 GaN 장치(예: GaN 기반 충전 어댑터)의 가격이 현재 실리콘 장치보다 약간 높다는 것을 알 수 있습니다. 대량으로 제조하는 경우와 달리 부품이나 장치를 소량으로 생산해야 하는 경우 제조 비용이 항상 높아져 생산 비용이 크게 감소하기 때문입니다. 따라서 다양한 전자 부품 및 관련 기술에서 GaN 채택이 증가하기 시작하면 최종 제품의 최종 비용은 Silicon 제품의 비용보다 상당히 낮아질 것입니다.

그러나 GaN이 실리콘을 완전히 대체할 수 있다는 것은 아닙니다. 결국에는 사용 사례 시나리오와 시스템 요구 사항으로 귀결되기 때문입니다. 예를 들어, GaN은 온도 한계가 낮거나 더 빠른 에너지 전달이 필요하지 않은 시스템에는 이상적인 선택이 아닐 수 있습니다. 따라서 Silicon은 여전히 ​​이러한 시스템과 관련이 있습니다.

GaN은 어디에(그리고 사용할 수 있습니까) 사용됩니까?

GaN 기술은 곧 충전 기술 분야에서 엄청난 채택을 목격하게 될 것입니다. 스마트폰이 최신 제품에 더 빠른 충전 솔루션을 제공하고 고객이 이를 높이 평가함에 따라 점점 더 많은 제조업체가 실리콘보다 GaN을 채택하려는 시점에 가까워지고 있습니다. 이는 곧 출시될 노트북, 태블릿 또는 스마트폰용 충전기가 더 많은 전력(~ 65W)을 제공하고 장치를 빠르게 충전하며 컴팩트한 크기를 가지면서도 안전하게 사용할 수 있음을 의미합니다. 현재 타사 액세서리 제조업체에서 제공하는 일부 GaN 기반 충전기에는 RAVPower, Aukey 및 Anker와 같은 인기 브랜드의 충전기가 포함됩니다.

현재로서는 GaN의 채택이 획기적인 것은 아니지만 향후 몇 년 동안은 확실히 유망해 보입니다. 우선 GaN이 5G 네트워크의 발전과 개선에 천천히 들어갈 것으로 예상할 수 있습니다. 일부 전문가는 이를 6GHz 이하 및 mmWave 주파수에서 더 잘 지원할 수 있다고 제안합니다. 말할 것도 없이, GaN 기술이 다른 기술보다 더 나은 것으로 보이는 네트워크의 전력 효율성을 높일 필요가 있습니다. 5G에 대한 GaN의 사용 사례는 매우 다양하지만 이 논의에서 우리는 표면을 거의 긁지 않습니다. 그러나 5G 네트워크에서 예상되는 연결 속도와 적용 범위는 GaN이 약속하는 것과 유사한 수준을 요구한다는 점을 언급할 가치가 있습니다.

유사하게, GaN의 잠재력이 개선 및 발전에 도움이 될 수 있고, 차례로 실리콘을 대체할 수 있는 또 다른 영역은 트랜지스터 및 증폭기와 같은 전자 부품입니다. 말할 것도 없이, GaN에서 많은 잠재력을 보고 있는 레이저, LED 및 기타 몇 가지 전자 장치와 같은 광전자 장치. 최근에 연구자들은 서로 다른 물체 사이의 거리를 측정하기 위해 LiDAR(Light Detection and Ranging)에 크게 의존하는 자율주행 자동차에서 GaN을 사용할 때의 잠재적인 이점도 발견했습니다.

GaN이 주류로 진입하는 데 방해가 되는 것은 무엇입니까?

GaN 기술은 감소된 비용과 소형 크기로 더 많은 에너지와 더 빠른 속도를 제공할 때 확실히 유망해 보이지만 해결해야 하는 많은 불확실성과 복잡성이 있어 대체를 가로막습니다. 다양한 버티컬을 아우르는 실리콘. 그 중 가장 큰 것은 실리콘을 기반으로 하는 것보다 낫지는 않더라도 정면으로 경쟁하는 MOSFET 개발에서의 채택과 관련이 있습니다. 그러나 지난 몇 년 동안 기술의 미래를 향상시키기 위해 GaN을 MOSFET 및 기타 분야에서 생산하는 방법을 찾는 연구가 진행되고 있습니다. 따라서 GaN이 주류 소비자 제품으로 들어가는 것을 보기 시작하는 데 오래 걸리지 않아야 합니다.