Açıklama: GaN (Galyum Nitrür) ve gördüğü teknolojinin geleceği

Son birkaç on yılda, teknoloji alanı hızlı şarj çözümlerinin benimsenmesinde bir teşvik gördü. Bir akıllı telefonda, tablette ve hatta dizüstü bilgisayarda olsun, hızlı şarj cihazları her yerde bulunmaya başlıyor. Bu tekliflerin tamamı silikon bazlı olsa da, altında yatan teknoloji daha güçlü, verimli ve kompakt bir şeye dönüşmeye başlıyor. Bunların tümü, 90'lı yıllarda ortaya çıktığını gören ve o zamandan beri sürekli olarak araştırılan ve Silikonun potansiyel bir ikamesi olarak görülen yarı iletken bir malzeme olan GaN'ye (Galyum Nitrür) oldukça bağımlıdır. daha az yer kaplayan daha güçlü ve verimli sistemler. GaN'nin ne olduğunu ve gelecek yıllarda teknolojinin geleceğini potansiyel olarak nasıl elinde tuttuğunu daha iyi anlamak için işte bir açıklayıcı.

Silikon dönemi

Teknolojinin mevcut durumu hakkında hızlı bir başlangıç: Karmaşık bilgi işlem sistemlerinin başlangıcından bu yana, bu sistemler için bir çerçeve oluşturan temel teknoloji, modern bilgi işlem gücünü bugün bulunduğu yere getiren değişiklikler ve ilerlemeler gördü — farklı talepler için üstün tutmak.

Günümüzde çoğu insan, ister bilgisayarlar, akıllı telefonlar veya diğer modern elektronik cihazlar olsun, modern sistemlerde esas olanın Silikon (Si) olduğunun farkında olacaktır. Üstün elektriksel özellikleri sayesinde vakum tüpü gibi önceki nesil çözümlerin yerini alan yarı iletken bir malzeme. Genel olarak, çeşitli cihazlarda bulunan devrelerin, anakartların ve diğer elektronik bileşenlerin çoğu, özünde Silikon kullanıyor olsa da, bir zamanlar popüler olan malzeme artık doyma noktasına yaklaşıyor.

Farkında olmayanlar için, bir yonga setindeki transistör sayısının her iki yılda bir ikiye katlandığını (maliyetin yarıya indiğini) öne süren ve modern bilgi işlemin büyümesini doğru bir şekilde gösteren Moore Yasası sona yaklaşıyor. Bunun esas olarak anlamı şudur ki, şu anda bilgisayar bilimcileri Silikonun potansiyel sınırlarına (özellikle Silikon bazlı MOSFET'ler ile) ulaşmış görünüyorlar, burada masaya önemli ilerlemeler ve iyileştirmeler getirmenin veya Moore'unkiyle eşleşmenin makul görünmediği görülüyor. yasa. Bununla birlikte, Silikona sadece eşit düzeyde değil, bazı durumlarda üstün olan bir alternatif bulma arayışı, yeni yarı iletken malzeme GaN veya Galyum Nitrür'ün keşfedilmesine yol açtı.

GaN nedir ve Silikona göre ne gibi avantajları vardır?

GaN veya Galyum Nitrür, yarı iletken özelliklerini sergileyen, çalışmaları 90'lı yıllara dayanan kimyasal bir bileşiktir. Bu süre zarfında, bileşik LED'lerle elektronik bileşenlere yolculuğuna başladı ve daha sonra Blu-ray oynatıcılarda yolunu buldu. O zamandan beri GaN, transistörlerin, diyotların ve diğer birkaç bileşenin üretiminde kullanımını buldu. Ve bu nedenle, göründüğü kadarıyla, malzeme farklı dikeylerde Silikonun yerini almaya yaklaşıyor gibi görünüyor.

GaN'yi Silikondan ayıran (ve en önemli) faktörlerden biri, elektriğin bir malzemeden ne kadar iyi geçtiği ile doğru orantılı olan daha geniş bir bant aralığıdır. Bir bağlam vermek gerekirse, GaN tarafından sunulan bant aralığı, Silicon'un 1.12 eV'sine kıyasla belirgin şekilde daha geniş olan 3.4 eV'de geliyor. Sonuç olarak, GaN esasen Silikondan daha yüksek voltaj seviyelerine dayanmayı başarabilir ve enerjiyi daha yüksek hızlarda aktarabilir. Güvenlik söz konusu olduğunda GaN, yayılan ısıyı Silikondan daha iyi kesmeyi başarır, bu da artık hem hızlı hem de güvenli olabilen şarj çözümlerinin kapsamını daha da genişletir. Basitçe söylemek gerekirse, bu avantajların ima ettiği şey, GaN'nin güç açısından verimli olurken, nispeten daha küçük bir form faktörünü korurken ve maliyeti çok daha düşük tutarken Silikona göre daha hızlı işleme hızları sunabilmesidir.

Üretim maliyetindeki düşüşün arkasındaki neden, GaN bileşenlerinin, üretimleri için mevcut Silikon bazlı bileşenlerin imalatında kullanılan aynı silikon üretim prosedürlerini kullanacak olmalarıdır. Ancak bu noktada GaN cihazlarının, örneğin GaN tabanlı şarj adaptörlerinin, şu anda Silikon muadillerinden biraz daha yüksek fiyatlandırıldığını fark edebilirsiniz. Bunun nedeni, üretimin toplu olarak gerçekleştirildiği ve üretim maliyetini önemli ölçüde düşürdüğü durumların aksine, az sayıda bileşen veya cihaz üretmeniz gerektiğinde üretim maliyetinin her zaman daha yüksek olmasıdır. Bu nedenle, çeşitli elektronik bileşenlerde ve ilgili teknolojilerde GaN'nin benimsenmesinde bir artış görmeye başladığımızda, nihai ürünün nihai maliyeti, Silikon'un tekliflerinden önemli ölçüde daha düşük olacaktır.

Ancak bu, GaN'nin kolayca Silikonun yerini alabileceği anlamına gelmez. Çünkü günün sonunda, kullanım senaryosu ve bir sistemin gereksinimlerine bağlıdır. Örneğin GaN, örneğin düşük sıcaklık limitlerine sahip olan veya daha hızlı enerji transferi gerektirmeyen sistemler için ideal bir seçim olmayabilir. Ve bu nedenle, Silikon bu tür sistemlerde hala geçerli olacaktır.

GaN nerede kullanılır (ve kullanılabilir)?

GaN teknolojisi, yakında şarj teknolojisi alanında büyük bir benimsenmeye tanık olacak. Akıllı telefonlar en son tekliflerinde daha hızlı şarj çözümlerini destekledikçe ve müşteriler bunları takdir ettikçe, giderek daha fazla üreticinin Silikon yerine GaN'ı benimsemeye çalıştığı bir noktaya yaklaşıyoruz. Bu açıkça, dizüstü bilgisayarlarınız, tabletleriniz ve hatta akıllı telefonlarınız için çıkacak olan şarj cihazlarının daha fazla güç (~ 65W) sunacağı, cihazları hızlı bir şekilde şarj edeceği ve kompakt bir boyuta sahip olmasının yanı sıra kullanımı güvenli olacağı anlamına gelir. Şu anda üçüncü taraf aksesuar üreticilerinden temin edilebilen GaN tabanlı şarj cihazlarından bazıları, RAVPower, Aukey ve Anker gibi popüler markalardan birkaçını içerir.

Şu anda GaN'nin benimsenmesi çığır açıcı olmasa da, önümüzdeki yıllarda kesinlikle umut verici görünüyor. Yeni başlayanlar için, GaN'in bazı uzmanların 6GHz altı ve mmWave frekanslarında daha iyi yardımcı olabileceğini öne sürdüğü 5G ağının ilerlemesine ve iyileştirilmesine yavaş yavaş ilerlemesini bekleyebilirsiniz. GaN teknolojisinin benzerlerinden daha iyi sunduğu görünen ağın güç verimliliğini artırma ihtiyacından bahsetmiyorum bile. GaN'in 5G için kullanım durumu oldukça çeşitli olsa da, bu tartışmada yüzeyi zar zor çiziyoruz. Bununla birlikte, 5G ağları ile beklenen bağlantı hızları ve kapsama alanı, GaN'in vaat ettiği gibi benzer bir şey gerektirdiğini belirtmekte fayda var.

Benzer şekilde, GaN'nin potansiyelinin iyileştirme ve ilerlemeye yardımcı olabileceği ve sırayla Silikonun yerini alabileceği bir başka alan, transistörler ve amplifikatörler gibi elektronik bileşenlerdir. GaN'de çok fazla potansiyel gören lazerler, LED'ler ve diğer birkaç elektronik cihaz gibi optoelektronik cihazlardan bahsetmiyorum bile. Son zamanlarda araştırmacılar, farklı nesneler arasındaki mesafeleri ölçmek için ağırlıklı olarak LiDAR'a (Işık Algılama ve Menzil) dayanan otonom araçlarda GaN kullanmanın potansiyel avantajlarını da keşfettiler.

GaN'yi ana akıma girmekten alıkoyan nedir?

Daha büyük ölçüde, GaN teknolojisi, konu daha düşük maliyet ve kompakt boyutta daha fazla enerji ve daha yüksek hızlar sunmaya geldiğinde kesinlikle umut verici görünse de, onu değiştirmekten alıkoyan, ele alınması gereken birçok belirsizlik ve karmaşıklık var. Çeşitli dikeylerde silikon. Bunlardan en büyüğü, Silikon bazlı olanlardan daha iyi olmasa da kafa kafaya rekabet eden MOSFET'lerin geliştirilmesinde benimsenmesiyle ilgilidir. Bununla birlikte, son birkaç yıldır teknolojinin geleceğinin iyileştirilmesi için GaN'yi MOSFET'lerin ve diğer alanların üretimine sokmanın bir yolunu bulmaya yönelik çalışmalar yürütülmektedir. Bu nedenle, GaN'nin ana akım tüketici ürünlerine girdiğini görmeye başlamamız çok uzun sürmemelidir.