Explicat: GaN (nitrură de galiu) și viitorul tehnologiei pe care o vede

În ultimele decenii, spațiul tehnologic a cunoscut un impuls în adoptarea soluțiilor de încărcare rapidă. Fie că este vorba de un smartphone, tabletă sau chiar laptop, încărcătoarele rapide încep să devină omniprezente. În timp ce toate aceste oferte sunt bazate pe siliciu, tehnologia de bază începe să evolueze în ceva mai puternic, mai eficient și mai compact. Toate acestea se bazează foarte mult pe GaN (nitrură de galiu), un material semiconductor care și-a văzut apariția în anii 90 și, de atunci, a fost continuat cercetat și văzut ca un potențial înlocuitor pentru siliciu - ca să nu mai vorbim, o modalitate de a obține sisteme mai puternice și mai eficiente cu o amprentă mai mică. Pentru a înțelege mai bine ce este GaN și cum poate deține viitorul tehnologiei în anii următori, iată un explicator.

Epoca siliconului

O scurtă introducere asupra stării actuale a tehnologiei: încă de la începutul sistemelor de calcul complexe, tehnologia de bază de dedesubt, care formează un cadru pentru aceste sisteme, a cunoscut treptat schimbări și progrese care au adus puterea de calcul modernă acolo unde este astăzi - deținând supremația pentru diverse cerințe.

În prezent, majoritatea oamenilor ar fi conștienți de faptul că principalul esențial în sistemele moderne, fie că este vorba de computere, smartphone-uri sau alte dispozitive electronice moderne, este siliciul (Si). Un material semiconductor care a înlocuit soluțiile din generația anterioară, cum ar fi tubul vidat, datorită proprietăților sale electrice superioare. În timp ce, în general, majoritatea circuitelor, plăcilor de bază și a altor componente electronice găsite pe diferite dispozitive folosesc siliciu în nucleul lor, materialul cândva popular se apropie acum de punctul său de saturație.

Pentru cei care nu știu, legea lui Moore, care sugerează că numărul de tranzistori de pe un chipset se dublează la fiecare doi ani (în timp ce costul este redus la jumătate) și descrie cu exactitate creșterea calculului modern, se apropie de sfârșit. Ceea ce înseamnă, în esență, este că, în prezent, informaticienii par să fi atins limitele potențiale ale siliciului (în special cu MOSFET-uri pe bază de siliciu), în care nu pare plauzibil să aducă progrese și îmbunătățiri semnificative la masă sau să se potrivească cu cele ale lui Moore. lege. Cu toate acestea, căutarea de-a lungul timpului de a găsi o alternativă la siliciu, care nu este doar egală, ci superioară în unele cazuri, a condus la descoperirea unui nou material semiconductor, GaN sau nitrură de galiu.

Ce este GaN și ce avantaje are față de siliciu?

GaN sau nitrura de galiu este un compus chimic care prezintă proprietăți semiconductoare, studii pentru care datează din anii 90. În această perioadă, compusul și-a început călătoria în componentele electronice cu LED-uri și, mai târziu, și-a găsit drumul în playerele Blu-ray. De atunci, GaN și-a găsit utilizarea în fabricarea de tranzistori, diode și alte câteva componente. Și, prin urmare, din ceea ce pare, materialul pare să se apropie din ce în ce mai mult de a înlocui siliciul pe diferite verticale.

Unul dintre factorii distinctivi (și cei mai importanți) care separă GaN de siliciu este o band-gap mai mare, care este direct proporțională cu cât de bine trece electricitatea printr-un material. Pentru a da un context, bandgap-ul oferit de GaN vine la 3,4 eV, care, în comparație cu 1,12 eV de la Silicon, este vizibil mai larg. Ca rezultat, GaN poate reuși, în esență, să suporte niveluri de tensiune mai mari decât Siliciul și poate transfera energie la viteze mai mari. Când vine vorba de siguranță, GaN reușește să reducă căldura disipată mai bine decât Silicon, ceea ce extinde și mai mult sfera soluțiilor de încărcare care pot fi acum atât rapide, cât și sigure. Mai simplu spus, ceea ce implică aceste avantaje este că GaN poate oferi viteze de procesare mai rapide față de Siliciu, fiind în același timp eficient din punct de vedere energetic, menținând un factor de formă relativ mai mic și menținând costurile mult mai mici.

Un motiv din spatele scăderii costului de producție are de-a face cu faptul că componentele GaN vor folosi aceleași proceduri de fabricare a siliciului care sunt utilizate în fabricarea componentelor existente pe bază de siliciu pentru producția lor. Deși, în acest moment, s-ar putea să observați că dispozitivele GaN, de exemplu, adaptoarele de încărcare bazate pe GaN, au în prezent prețuri puțin mai mari decât omologii lor din silicon. Acest lucru se datorează faptului că costul de producție este întotdeauna mai mare atunci când trebuie să produceți componente sau dispozitive în număr mic, spre deosebire de cazurile în care producția are loc în vrac, ceea ce reduce semnificativ costul de producție. Deci, odată ce începem să vedem o creștere a adoptării GaN în diferite componente electronice și tehnologii conexe, costul final al produsului final ar fi considerabil mai mic decât cel al ofertelor Silicon.

Cu toate acestea, asta nu înseamnă că GaN poate înlocui cu ușurință siliciul în întregime. Deoarece, la sfârșitul zilei, totul se rezumă la scenariul de utilizare și la cerințele unui sistem. De exemplu, GaN poate să nu fie o alegere ideală pentru sistemele care, de exemplu, au limite de temperatură scăzută sau nu necesită transferuri mai rapide de energie. Și, prin urmare, siliciul va fi în continuare relevant în astfel de sisteme.

Unde este (și poate fi) utilizat GaN?

Tehnologia GaN va asista în curând la o adoptare imensă în spațiul tehnologiei de încărcare. Pe măsură ce smartphone-urile impun soluții de încărcare mai rapidă pentru cele mai recente oferte, iar clienții par să le aprecieze, ne apropiem de un punct în care din ce în ce mai mulți producători caută să adopte GaN față de Silicon. Acest lucru înseamnă în mod evident că încărcătoarele viitoare pentru laptopuri, tablete sau chiar smartphone-uri vor oferi mai multă putere (~ 65 W), vor încărca dispozitivele rapid și vor avea o dimensiune compactă, fiind în același timp sigur de utilizat. Unele dintre încărcătoarele bazate pe GaN disponibile în prezent de la producătorii terți de accesorii includ pe cele de la mărci populare precum RAVPower, Aukey și Anker, pentru a numi câteva.

Deși, în prezent, adoptarea GaN nu este inovatoare, cu siguranță pare promițătoare în următorii ani. Pentru început, vă puteți aștepta ca GaN să-și facă loc încet în progresul și îmbunătățirea rețelei 5G, despre care unii experți sugerează că poate ajuta mai bine cu frecvențele sub-6GHz și mmWave. Ca să nu mai vorbim de necesitatea creșterii eficienței energetice a rețelei, pe care tehnologia GaN pare să o ofere mai bine decât omologii săi. În timp ce cazul de utilizare al lui GaN pentru 5G este destul de divers, abia zgâriem suprafața în această discuție. Cu toate acestea, merită menționat faptul că tipul de viteze de conectare și de acoperire care este anticipat cu rețelele 5G necesită ceva similar pe linia a ceea ce promite GaN.

În mod similar, un alt domeniu pe care potențialul GaN îl poate ajuta cu îmbunătățirea și progresul și, la rândul său, înlocuirea siliciului, este componentele electronice, cum ar fi tranzistoarele și amplificatoarele. Ca să nu mai vorbim de dispozitivele optoelectronice, inclusiv lasere, LED-uri și alte câteva dispozitive electronice, care văd mult potențial în GaN. În ultima vreme, cercetătorii au descoperit și potențialele avantaje ale utilizării GaN în mașinile autonome, care se bazează în mare măsură pe LiDAR (Light Detection and Ranging) pentru măsurarea distanțelor dintre diferite obiecte.

Ce împiedică GaN să-și facă loc în mainstream?

Deși într-o măsură mai mare, tehnologia GaN pare cu siguranță promițătoare atunci când vine vorba de a oferi mai multă energie și viteze mai rapide la costuri reduse și dimensiuni compacte, există încă o mulțime de incertitudini și complexități, care trebuie abordate, care o împiedică să înlocuiască. Siliciu pe diverse verticale. Cea mai mare dintre acestea este legată de adoptarea sa în dezvoltarea MOSFET-urilor care concurează cap la cap, dacă nu mai bine, decât cele bazate pe Siliciu. Cu toate acestea, studii pentru a găsi o modalitate de a introduce GaN în producerea de MOSFET-uri și alte domenii sunt efectuate pentru îmbunătățirea viitorului tehnologiei din ultimii câțiva ani. Deci, nu ar trebui să treacă mult până când începem să vedem GaN făcându-și loc în produsele de consum de masă.