El nitruro de galio es el silicio del futuro

Anker ha presentado su nuevo y diminuto ladrillo energético, y la empresa atribuye su pequeño tamaño al componente que utiliza en lugar del silicio: el nitruro de galio (GaN). Es el último ejemplo de la creciente popularidad de este material transparente, similar al vidrio, que algún día podría desbancar al silicio y reducir el consumo de energía en todo el mundo.

Durante décadas, el silicio ha sido la espina dorsal de la industria tecnológica, pero estamos «llegando a un límite teórico en cuanto a su mejora», afirma Danqing Wang, doctorando de la Universidad de Harvard que investiga el GaN. Todos los materiales tienen una «brecha de banda», que está relacionada con su capacidad para conducir la electricidad. El GaN tiene una brecha de banda más amplia que el silicio, lo que significa que puede sostener voltajes más altos de los que el silicio puede sobrevivir, y la corriente puede correr a través del dispositivo más rápido, dice Martin Kuball, un físico de la Universidad de Bristol que dirige un proyecto sobre el GaN en la electrónica de potencia. (En el vídeo, arriba, Kuball ayuda a explicar el GaN mientras el equipo de Verge Science desmonta el nuevo cargador de Anker.)

Como resultado, la electrónica de GaN es mucho más eficiente que sus homólogos de silicio, y pierden menos energía. «Puedes hacer las cosas muy pequeñas, o puedes empaquetar más GaN en la misma área», dice Wang. «El rendimiento es mejor». Y cuando se pierde menos energía, no sólo se pueden hacer más pequeños los dispositivos de carga, sino que también se puede utilizar menos energía en primer lugar. Según Kuball, sustituir toda la electrónica actual por GaN podría reducir potencialmente el uso de energía en un 10 o 25 por ciento.

Además, como el GaN puede sobrevivir a temperaturas más altas que el silicio, su uso puede influir en el diseño en entornos más complicados. En la actualidad, los componentes electrónicos de un coche se montan lejos del motor para evitar que se calienten demasiado, dice Kuball. El GaN elimina esta limitación y podría abrir nuevas posibilidades que cambien el diseño de los coches en el futuro.

El material domina desde hace tiempo otro ámbito: los láseres y la fotónica. El GaN es uno de los pocos materiales que emiten luz azul; se utiliza en los Blu-rays para hacer posible la lectura de discos. También se utiliza con frecuencia en los LED. El equipo de Wang está fabricando diminutos láseres de GaN del tamaño de una micra -lo que equivale a una centésima parte del tamaño de un cabello humano y es demasiado pequeño para verlo a simple vista- que pueden utilizarse en microscopios para hacer más precisa la investigación.

Fotónica aparte, ¿por qué no hemos sustituido aún el silicio por el GaN? «El silicio está muy maduro», dice Kuball. «La gente está acostumbrada a él y lleva mucho tiempo haciéndolo, y obviamente lo que encuentras cuando introduces un nuevo tipo de material o electrónica es que necesitas seguir probando su fiabilidad». El GaN tampoco es un material perfecto, añade Wang, porque algunos métodos de cultivo pueden causar defectos que lo hacen menos eficaz.

Pero estamos acostumbrados al silicio. Es barato y todas las técnicas de fabricación ya están preparadas para él. El GaN sigue siendo un poco más caro. «Hace falta un poco de esfuerzo para cambiar al nitruro de galio», dice Wang, aunque señala que algunas personas están buscando formas de cultivar cristales de nitruro de galio sobre el silicio con la esperanza de aprovechar las plataformas de fabricación existentes. Por su parte, Anker afirma que, aunque el GaN es más caro que el silicio en estos momentos, los cargadores de GaN necesitan menos componentes que los de silicio, lo que hace que su precio sea competitivo. La empresa espera utilizar los materiales de GaN en otros componentes, como las baterías portátiles.

Los grandes fabricantes de semiconductores, como Texas Instruments y Nexperia, tienen programas de investigación de GaN, según Kuball, y no faltan las empresas emergentes que trabajan en esta tecnología. Aun así, todavía no hemos visto el verdadero impacto del GaN en el campo de la electrónica de potencia. «Estos pequeños adaptadores son un bonito juguete, pero donde el GaN será realmente importante es en los convertidores para los coches eléctricos y la energía fotovoltaica», añade Kuball. Mientras tanto, «es una cosita genial para tener algo más pequeño»

Actualización 12 de febrero de 2019, 10AM ET: Este artículo se publicó originalmente el 2 de noviembre de 2018, y se ha actualizado para incluir el vídeo.

Actualización 2 de noviembre de 2018, 9:20AM: Este post se ha actualizado para incluir una declaración de Anker.