Il nitruro di gallio è il silicio del futuro

Anker ha debuttato il suo nuovo minuscolo mattone energetico, e l’azienda attribuisce le sue piccole dimensioni al componente che usa al posto del silicio: il nitruro di gallio (GaN). È l’ultimo esempio della crescente popolarità di questo materiale trasparente, simile al vetro, che un giorno potrebbe superare il silicio e tagliare il consumo di energia in tutto il mondo.

Per decenni, il silicio è stato la spina dorsale dell’industria tecnologica, ma stiamo “raggiungendo un limite teorico su quanto può essere migliorato”, dice Danqing Wang, un dottorando dell’Università di Harvard che conduce ricerche sul GaN. Tutti i materiali hanno un “band gap”, che è legato a quanto bene possono condurre l’elettricità. GaN ha un band gap più ampio rispetto al silicio, il che significa che può sostenere tensioni più elevate di quelle che il silicio può sopravvivere, e la corrente può attraversare il dispositivo più velocemente, dice Martin Kuball, un fisico dell’Università di Bristol che conduce un progetto su GaN nell’elettronica di potenza. (Nel video, sopra, Kuball aiuta a spiegare GaN come il team di Verge Science smonta il nuovo caricabatterie di Anker.)

Come risultato, l’elettronica GaN è molto più efficiente delle loro controparti di silicio, e perdono meno energia. “Si possono fare cose molto piccole, o si può impacchettare più GaN nella stessa area”, dice Wang. “Le prestazioni sono migliori”. E quando si perde meno energia, non solo si possono rendere i dispositivi di ricarica più piccoli, ma si può anche usare meno energia in primo luogo. Secondo Kuball, sostituire tutta l’elettronica attuale con il GaN potrebbe potenzialmente tagliare l’uso di energia del 10 o 25 per cento.

Inoltre, poiché il GaN può sopravvivere a temperature più elevate rispetto al silicio, utilizzarlo può influenzare il design in ambienti più complicati. In questo momento, l’elettronica in un’auto è montata lontano dal motore per evitare che si scaldi troppo, dice Kuball. GaN cancella questo vincolo e potrebbe aprire nuove possibilità che cambiano il modo in cui le auto sono progettate in futuro.

Il materiale è stato a lungo dominante in un altro settore: laser e fotonica. Il GaN è uno dei pochi materiali a emettere luce blu; è usato nei Blu-ray per rendere possibile la lettura dei dischi. È anche spesso usato nei LED. Il team di Wang sta realizzando minuscoli laser GaN delle dimensioni di un micron – che è 1/100 della dimensione di un capello umano e troppo piccolo da vedere a occhio nudo – che possono essere utilizzati nei microscopi per rendere la ricerca più precisa.

Fotonica a parte, perché non abbiamo ancora sostituito il silicio con il GaN? “Il silicio è molto maturo”, dice Kuball. “La gente ci è abituata e lo fa da molto tempo, e ovviamente quello che si scopre quando si introduce un nuovo tipo di materiale o di elettronica è che bisogna continuare a testarne l’affidabilità”. Anche il GaN non è un materiale perfetto, aggiunge Wang, perché alcuni metodi di coltivazione possono causare difetti che lo rendono meno efficace.

Ma siamo abituati al silicio. È economico, e tutte le tecniche di produzione sono già impostate per esso. Il GaN è ancora un po’ più costoso. “Ci vuole un certo sforzo per passare al nitruro di gallio”, dice Wang, anche se sottolinea che alcune persone stanno cercando il modo di far crescere cristalli di nitruro di gallio sopra il silicio nella speranza di trarre vantaggio dalle piattaforme di produzione esistenti. Da parte loro, Anker dice che anche se il GaN è più costoso del silicio in questo momento, i caricabatterie GaN hanno bisogno di meno componenti di quelli al silicio, il che rende il loro prezzo competitivo. L’azienda spera di utilizzare i materiali GaN in altri componenti, comprese le batterie portatili.

I grandi produttori di semiconduttori come Texas Instruments e Nexperia hanno programmi di ricerca GaN, secondo Kuball, e non mancano le startup che lavorano su questa tecnologia. Tuttavia, dobbiamo ancora vedere il vero impatto del GaN nel campo dell’elettronica di potenza. “Questi piccoli adattatori sono un bel giocattolo, ma dove il GaN sarà davvero importante è nei convertitori per le auto elettriche e il fotovoltaico”, aggiunge Kuball. Nel frattempo, “è una piccola cosa fresca per avere qualcosa di più piccolo.”

Aggiornamento 12 febbraio 2019, 10AM ET: Questo articolo è stato originariamente pubblicato il 2 novembre 2018, ed è stato aggiornato per includere il video.

Aggiornamento 2 novembre 2018, 9:20AM: Questo post è stato aggiornato per includere una dichiarazione di Anker.