Explicado: GaN (nitreto de gálio) e o futuro da tecnologia que contempla

Nas últimas décadas, o espaço tecnológico viu um estímulo na adoção de soluções de carregamento rápido. Seja em um smartphone, tablet ou mesmo laptop, os carregadores rápidos estão começando a se tornar onipresentes. Embora todas essas ofertas sejam baseadas em silício, a tecnologia subjacente está começando a evoluir para algo mais poderoso, eficiente e compacto. Tudo isso é altamente dependente do GaN (nitreto de gálio), um material semicondutor que teve seu surgimento nos anos 90 e, desde então, tem sido continuamente pesquisado e visto como um substituto potencial para o silício - sem mencionar, uma maneira de alcançar sistemas mais poderosos e eficientes com uma pegada menor. Para entender melhor o que é o GaN e como ele potencialmente mantém o futuro da tecnologia nos próximos anos, aqui está um explicador.

A era do silício

Uma cartilha rápida sobre o estado atual da tecnologia: desde o início dos sistemas de computação complexos, a tecnologia central subjacente, que forma uma estrutura para esses sistemas, gradualmente viu mudanças e avanços que trouxeram o poder da computação moderna para onde está hoje - mantendo supremo para diversas demandas.

Atualmente, a maioria das pessoas estaria ciente de que o principal elemento essencial nos sistemas modernos, sejam computadores, smartphones ou outros dispositivos eletrônicos modernos, é o Silício (Si). Um material semicondutor que substituiu soluções de geração anterior, como o tubo de vácuo, graças às suas propriedades elétricas superiores. Embora em geral, a maioria dos circuitos, placas-mãe e outros componentes eletrônicos encontrados em vários dispositivos usem silício em seu núcleo, o material outrora popular agora está se aproximando de seu ponto de saturação.

Para quem não sabe, a Lei de Moore, que sugere que o número de transistores em um chipset dobra a cada dois anos (enquanto o custo é reduzido pela metade) e retrata com precisão o crescimento da computação moderna, está chegando ao fim. O que isso significa essencialmente é que, no momento, os cientistas da computação parecem ter atingido os limites potenciais do Silício (particularmente com MOSFETs baseados em Silício), em que não parece plausível trazer avanços e melhorias significativas para a mesa ou combinar com os de Moore. lei. No entanto, a busca de longa data para encontrar uma alternativa ao silício, que não é apenas igual, mas superior em alguns casos, levou à descoberta de um novo material semicondutor, GaN ou nitreto de gálio.

O que é GaN e quais vantagens ele tem sobre o Silício?

GaN ou nitreto de gálio é um composto químico que apresenta propriedades semicondutoras, cujos estudos datam da década de 90. Durante esse período, o composto começou sua jornada em componentes eletrônicos com LEDs e, mais tarde, chegou aos players de Blu-ray. Desde então, o GaN encontrou seu uso na fabricação de transistores, diodos e alguns outros componentes. E, portanto, pelo que parece, o material parece estar se aproximando para substituir o silício em diferentes verticais.

Um dos fatores distintivos (e mais importantes) que separam o GaN do Silício é um band-gap mais amplo, que é diretamente proporcional à forma como a eletricidade passa por um material. Para dar algum contexto, o bandgap oferecido pelo GaN chega a 3,4 eV, que, comparado aos 1,12 eV do Silicon, é visivelmente mais amplo. Como resultado, o GaN pode essencialmente suportar níveis de tensão mais altos do que o Silício e pode transferir energia em velocidades mais rápidas. Quando se trata de segurança, o GaN consegue reduzir o calor dissipado melhor do que o Silicon, o que expande ainda mais o escopo de soluções de carregamento que agora podem ser rápidas e seguras. Simplificando, o que essas vantagens implicam é que o GaN pode oferecer velocidades de processamento mais rápidas em relação ao silício, sendo eficiente em termos de energia, mantendo um formato relativamente menor e mantendo o custo muito mais baixo.

Uma razão por trás da queda no custo de produção tem a ver com o fato de que os componentes GaN usarão os mesmos procedimentos de fabricação de silício usados ​​na fabricação de componentes à base de silício existentes para sua produção. Embora, neste ponto, você possa notar que os dispositivos GaN, por exemplo, adaptadores de carregamento baseados em GaN, atualmente têm preços um pouco mais altos do que os de Silicone. Isso ocorre porque o custo de fabricação está sempre no lado mais alto quando você precisa produzir componentes ou dispositivos em pequenas quantidades, em oposição aos casos em que a fabricação ocorre em grandes quantidades, o que reduz significativamente o custo de produção. Assim, uma vez que começamos a ver um aumento na adoção do GaN em vários componentes eletrônicos e tecnologias relacionadas, o custo final do produto final seria consideravelmente menor do que as ofertas da Silicon.

No entanto, isso não quer dizer que o GaN possa substituir totalmente o Silício. Já que, no final das contas, tudo se resume ao cenário de caso de uso e aos requisitos de um sistema. Por exemplo, GaN pode não ser a escolha ideal para sistemas que, digamos, têm limites de baixa temperatura ou não requerem transferências de energia mais rápidas. E, portanto, o Silício ainda será relevante em tais sistemas.

Onde é (e pode ser) usado o GaN?

A tecnologia GaN em breve testemunhará uma imensa adoção no espaço da tecnologia de carregamento. À medida que os smartphones impulsionam soluções de carregamento mais rápido em suas ofertas mais recentes, e os clientes parecem apreciá-las, estamos nos aproximando de um ponto em que mais e mais fabricantes procuram adotar o GaN em vez do silício. Isso obviamente significa que os próximos carregadores para seus laptops, tablets ou até smartphones oferecerão mais potência (~ 65W), carregarão os dispositivos rapidamente e terão um tamanho compacto, além de serem seguros de usar. Alguns dos carregadores baseados em GaN atualmente disponíveis de fabricantes de acessórios de terceiros incluem os de marcas populares como RAVPower, Aukey e Anker, para citar alguns.

Embora, no momento, a adoção do GaN não seja inovadora, certamente parece promissora nos próximos anos. Para começar, você pode esperar que o GaN avance lentamente no avanço e na melhoria da rede 5G, que alguns especialistas sugerem que pode ajudar melhor com frequências sub-6GHz e mmWave. Sem falar na necessidade de aumentar a eficiência energética da rede, que a tecnologia GaN parece oferecer melhor do que suas congêneres. Embora o caso de uso do GaN para 5G seja bastante diversificado, mal estamos arranhando a superfície nesta discussão. No entanto, vale ressaltar que o tipo de velocidade de conexão e cobertura que se prevê com as redes 5G exige algo semelhante nos moldes do que o GaN promete.

Da mesma forma, outro domínio em que o potencial do GaN pode auxiliar na melhoria e avanço e, por sua vez, substituir o Silício, são os componentes eletrônicos, como transistores e amplificadores. Sem mencionar os dispositivos optoeletrônicos, incluindo lasers, LEDs e alguns outros dispositivos eletrônicos, que estão vendo muito potencial no GaN. Nos últimos tempos, os pesquisadores também descobriram as vantagens potenciais do uso de GaN em carros autônomos, que dependem muito do LiDAR (Light Detection and Ranging) para medir distâncias entre diferentes objetos.

O que impede o GaN de chegar ao mainstream?

Embora em maior grau, a tecnologia GaN certamente pareça promissora quando se trata de oferecer mais energia e velocidades mais rápidas a custo reduzido e tamanho compacto, ainda há muitas incertezas e complexidades, que precisam ser abordadas, que a impedem de substituir Silício em várias verticais. A maior delas está relacionada à sua adoção no desenvolvimento de MOSFETs que competem de igual para igual, se não melhor, do que os baseados em Silício. No entanto, estudos para encontrar uma maneira de obter GaN na produção de MOSFETs e outros campos estão sendo realizados para melhorar o futuro da tecnologia nos últimos anos. Portanto, não deve demorar muito para começarmos a ver o GaN entrando nos principais produtos de consumo.