Объяснение: GaN (нитрид галлия) и будущее технологий, которое он видит

За последние несколько десятилетий в технологическом пространстве произошел скачок в принятии решений для быстрой зарядки. Будь то смартфон, планшет или даже ноутбук, быстрые зарядные устройства становятся повсеместными. Хотя все эти предложения основаны на кремнии, базовая технология начинает развиваться во что-то более мощное, эффективное и компактное. Все это в значительной степени зависит от GaN (нитрид галлия), полупроводникового материала, который появился еще в 90-х годах и с тех пор постоянно исследуется и рассматривается как потенциальная замена кремния, не говоря уже о способе достижения более мощные и эффективные системы с меньшими габаритами. Чтобы лучше понять, что такое GaN и как он потенциально определяет будущее технологий в ближайшие годы, вот пояснение.

Кремниевая эра

Краткий обзор текущего состояния технологий: с момента создания сложных вычислительных систем базовая технология, лежащая в основе этих систем, постепенно претерпевала изменения и усовершенствования, которые привели современные вычислительные мощности к тому состоянию, в котором они находятся сегодня. превосходный для различных требований.

В настоящее время большинству людей известно, что основным элементом современных систем, будь то компьютеры, смартфоны или другие современные электронные устройства, является кремний (Si). Полупроводниковый материал, который заменил решения более раннего поколения, такие как вакуумная лампа, благодаря своим превосходным электрическим свойствам. В то время как в большинстве схем, материнских плат и других электронных компонентов, используемых в различных устройствах, в основе лежит кремний, некогда популярный материал сейчас приближается к точке своего насыщения.

Для тех, кто не в курсе, закон Мура, предполагающий, что количество транзисторов в чипсете удваивается каждые два года (в то время как стоимость уменьшается вдвое), и точно отражающий рост современных вычислений, подходит к концу. По сути, это означает, что в настоящее время ученые-компьютерщики, кажется, достигли потенциальных пределов кремния (особенно с кремниевыми полевыми МОП-транзисторами), в которых не представляется правдоподобным внесение значительных достижений и улучшений в таблицу или соответствие с Муром. закон. Однако давние поиски альтернативы кремнию, которая не только не уступает кремнию, но и превосходит его в некоторых случаях, привели к открытию нового полупроводникового материала, GaN или нитрида галлия.

Что такое GaN и какие преимущества он имеет по сравнению с кремнием?

GaN или нитрид галлия — это химическое соединение, демонстрирующее полупроводниковые свойства, исследования которого относятся к 90-м годам. В этот период соединение начало свое путешествие в электронные компоненты со светодиодами, а позже нашло применение в проигрывателях Blu-ray. С тех пор GaN нашел свое применение в производстве транзисторов, диодов и некоторых других компонентов. И поэтому, судя по тому, что кажется, этот материал приближается к замене кремния в разных вертикалях.

Одним из отличительных (и наиболее важных) факторов, отличающих GaN от кремния, является более широкая запрещенная зона, которая прямо пропорциональна тому, насколько хорошо электричество проходит через материал. Чтобы дать некоторый контекст, ширина запрещенной зоны, предлагаемая GaN, составляет 3,4 эВ, что по сравнению с 1,12 эВ кремния заметно шире. В результате GaN может выдерживать более высокие уровни напряжения, чем кремний, и может передавать энергию на более высоких скоростях. Когда дело доходит до безопасности, GaN позволяет сократить рассеиваемое тепло лучше, чем кремний, что еще больше расширяет возможности для решений для зарядки, которые теперь могут быть быстрыми и безопасными. Проще говоря, эти преимущества означают, что GaN может предложить более высокую скорость обработки по сравнению с кремнием, будучи энергоэффективным, сохраняя относительно меньший форм-фактор и сохраняя значительно более низкую стоимость.

Причина снижения производственных затрат связана с тем, что в компонентах GaN будут использоваться те же процедуры производства кремния, которые используются при производстве существующих компонентов на основе кремния для их производства. Хотя на данный момент вы можете заметить, что устройства GaN, например зарядные адаптеры на основе GaN, в настоящее время стоят немного дороже, чем их кремниевые аналоги. Это связано с тем, что стоимость производства всегда выше, когда вам нужно производить компоненты или устройства в небольших количествах, в отличие от случаев, когда производство происходит в больших количествах, что значительно снижает стоимость производства. Таким образом, как только мы начнем наблюдать рост использования GaN в различных электронных компонентах и ​​связанных с ними технологиях, конечная стоимость конечного продукта будет значительно ниже, чем у предложений Silicon.

Однако это не означает, что GaN может полностью заменить кремний. Поскольку, в конце концов, все сводится к сценарию использования и требованиям системы. Например, GaN может быть не идеальным выбором для систем, которые, скажем, имеют низкотемпературные ограничения или не требуют более быстрой передачи энергии. А значит, Silicon по-прежнему будет актуален в таких системах.

Где используется (и может использоваться) GaN?

Технология GaN вскоре станет свидетелем огромного распространения в области технологий зарядки. По мере того, как смартфоны продвигают решения для более быстрой зарядки в своих последних предложениях, и клиенты, похоже, ценят их, мы приближаемся к моменту, когда все больше и больше производителей стремятся использовать GaN вместо кремния. Это, очевидно, означает, что будущие зарядные устройства для ваших ноутбуков, планшетов или даже смартфонов будут предлагать большую мощность (~ 65 Вт), быстро заряжать устройства и иметь компактный размер, а также быть безопасными в использовании. Некоторые из зарядных устройств на основе GaN, доступных в настоящее время у сторонних производителей аксессуаров, включают зарядные устройства от популярных брендов, таких как RAVPower, Aukey и Anker, и это лишь некоторые из них.

Хотя в настоящее время внедрение GaN не является революционным, оно, безусловно, выглядит многообещающе в ближайшие годы. Во-первых, вы можете ожидать, что GaN будет медленно продвигаться вперед и улучшаться в сети 5G, что, по мнению некоторых экспертов, может лучше помочь с частотами ниже 6 ГГц и миллиметровыми волнами. Не говоря уже о необходимости повышения энергоэффективности сети, которую технология GaN, кажется, предлагает лучше, чем ее аналоги. Хотя варианты использования GaN для 5G довольно разнообразны, в этом обсуждении мы едва касаемся поверхности. Однако стоит отметить, что скорость соединения и покрытие, которые ожидаются в сетях 5G, требуют чего-то подобного тому, что обещает GaN.

Точно так же еще одна область, в которой потенциал GaN может помочь в улучшении и продвижении и, в свою очередь, заменить кремний, — это электронные компоненты, такие как транзисторы и усилители. Не говоря уже об оптоэлектронных устройствах, включая лазеры, светодиоды и некоторые другие электронные устройства, которые видят большой потенциал в GaN. В последнее время исследователи также обнаружили потенциальные преимущества использования GaN в автономных автомобилях, которые в значительной степени полагаются на LiDAR (обнаружение света и определение дальности) для измерения расстояний между различными объектами.

Что мешает GaN стать массовым?

Хотя в большей степени технология GaN, безусловно, выглядит многообещающе, когда речь идет о предоставлении большей энергии и более высоких скоростей при сниженной стоимости и компактных размерах, все еще остается много неопределенностей и сложностей, которые необходимо решить, которые удерживают ее от замены. Кремний по разным вертикалям. Самый большой из них связан с его использованием в разработке полевых МОП-транзисторов, которые конкурируют лицом к лицу, если не лучше, чем те, которые основаны на кремнии. Тем не менее, исследования, направленные на то, чтобы найти способ использовать GaN для производства полевых МОП-транзисторов и других областей, проводятся в течение последних нескольких лет для улучшения будущего технологий. Таким образом, не должно пройти много времени, прежде чем мы увидим, как GaN проникает в массовые потребительские товары.