Nitrid galia je křemík budoucnosti

Anker představil svou novou malou napájecí cihlu a za její malé rozměry vděčí komponentě, kterou používá místo křemíku: nitridu galia (GaN). Je to nejnovější příklad rostoucí popularity tohoto průhledného materiálu podobného sklu, který by jednoho dne mohl nahradit křemík a snížit celosvětovou spotřebu energie.

Křemík byl po desetiletí páteří technologického průmyslu, ale „dostáváme se na teoretickou hranici toho, jak moc ho lze vylepšit,“ říká Danqing Wang, doktorand na Harvardově univerzitě, který se zabývá výzkumem GaN. Všechny materiály mají „pásmovou mezeru“, která souvisí s tím, jak dobře vedou elektrický proud. GaN má širší pásmovou mezeru než křemík, což znamená, že dokáže udržet vyšší napětí, než snese křemík, a proud může zařízením protékat rychleji, říká Martin Kuball, fyzik z Bristolské univerzity, který vede projekt GaN ve výkonové elektronice. (Ve videu výše Kuball pomáhá vysvětlovat GaN, zatímco vědecký tým Verge rozebírá novou nabíječku společnosti Anker.)

V důsledku toho je GaN elektronika mnohem účinnější než její křemíkové protějšky a ztrácí méně energie. „Můžete udělat věci velmi malé, nebo můžete na stejnou plochu nacpat více GaN,“ říká Wang. „Výkon je lepší.“ A když ztrácíte méně energie, můžete nejen zmenšit nabíjecí zařízení, ale také spotřebovat méně energie v první řadě. Podle Kuballa by nahrazení veškeré současné elektroniky GaN mohlo potenciálně snížit spotřebu energie o 10 nebo 25 procent.

Navíc, protože GaN dokáže přežít při vyšších teplotách než křemík, může jeho použití ovlivnit konstrukci ve složitějších prostředích. V současné době je elektronika v automobilu namontována daleko od motoru, aby se příliš nezahřívala, říká Kuball. GaN toto omezení odstraňuje a může otevřít nové možnosti, které v budoucnu změní způsob navrhování automobilů.

Materiál již dlouho dominuje v jiné oblasti: lasery a fotonika. GaN je jedním z mála materiálů, které vyzařují modré světlo; používá se v Blu-ray discích, aby umožnil čtení disků. Často se také používá v LED diodách. Wangův tým vyrábí malé GaN lasery o velikosti mikronu – což je 1/100 velikosti lidského vlasu a příliš malé na to, abychom je viděli pouhým okem – které lze použít v mikroskopech pro zpřesnění výzkumu.

Proč jsme ještě nenahradili křemík GaN? „Křemík je velmi vyspělý,“ říká Kuball. „Lidé jsou na něj zvyklí a dělají to už dlouho, a samozřejmě to, co zjistíte, když zavedete nový typ materiálu nebo elektroniky, je, že je třeba neustále testovat jeho spolehlivost.“ GaN také není dokonalý materiál, dodává Wang, protože některé metody jeho pěstování mohou způsobovat vady, které snižují jeho účinnost.

Na křemík jsme ale zvyklí. Je levný a všechny výrobní techniky jsou pro něj již nastaveny. GaN je ještě o něco dražší. „Přechod na nitrid galia vyžaduje určité úsilí,“ říká Wang, i když upozorňuje, že někteří lidé hledají způsoby, jak pěstovat krystaly nitridu galia na křemíku v naději, že využijí stávající výrobní platformy. Společnost Anker zase říká, že ačkoli je nyní GaN dražší než křemík, nabíječky GaN potřebují méně komponentů než křemíkové nabíječky, což činí jejich cenu konkurenceschopnou. Společnost doufá, že materiály GaN využije i v dalších součástkách, včetně přenosných baterií.

Velcí výrobci polovodičů jako Texas Instruments a Nexperia mají podle Kuballa výzkumné programy GaN a nechybí ani začínající firmy, které na této technologii pracují. Přesto si na skutečný dopad GaN v oblasti výkonové elektroniky musíme ještě počkat. „Tyto malé adaptéry jsou pěkná hračka, ale skutečný význam bude mít GaN až v měničích pro elektromobily a fotovoltaiku,“ dodává Kuball. Do té doby „je to fajn drobnost, že máme něco menšího.“

Aktualizace 12. února 2019, 10:00 SELČ:

Aktualizace 2. listopadu 2018, 9:20 hodin: Tento příspěvek byl aktualizován o prohlášení společnosti Anker.