窒化ガリウムは未来のシリコン

Anker は、小型の新しい電源ブリックを発表しました。

何十年もの間、シリコンはテクノロジー産業の基幹となってきましたが、「どれだけ改善できるか、理論的限界に達しつつある」と、ハーバード大学の博士候補で GaN 研究を行う Danqing Wang 氏は述べています。 すべての材料には、電気を通す度合いに関係する「バンドギャップ」というものがある。 GaNはシリコンよりもバンドギャップが広いため、シリコンよりも高い電圧を維持でき、デバイスに流れる電流も速くなると、ブリストル大学の物理学者で、パワーエレクトロニクスにおけるGaNのプロジェクトを率いるマーティン・クボールは言う。 (上のビデオでは、Verge Science のチームが Anker の新しい充電器を分解しながら、Kuball 氏が GaN について説明しています。)

その結果、GaN 電子機器はシリコン製のものよりもはるかに効率が良く、エネルギーの損失も少なくなります。 Wang 氏は、「ものを非常に小さくすることができ、同じ面積に多くの GaN を詰め込むことができます」と述べています。 「性能はもっと良くなります」。 エネルギー損失が少なければ、充電装置を小型化できるだけでなく、そもそもの電力消費量も少なくて済む。 Kuball 氏によると、現在の電子機器をすべて GaN に置き換えることで、電力消費を 10 ～ 25% 削減できる可能性があります。

さらに、GaN はシリコンよりも高い温度で使用できるため、より複雑な環境での設計に影響を与えることができます。 現在、自動車内の電子機器は、熱くなりすぎないように、エンジンから離れた場所に取り付けられていると Kuball 氏は言います。 GaN はこの制約を取り除き、将来、自動車の設計方法を変えるような新しい可能性を開くかもしれません。

この材料は、レーザーとフォトニクスという別の分野で長い間優勢でした。 GaNは、青い光を発する数少ない材料の1つで、ディスクの読み取りを可能にするブルーレイに使用されています。 また、LEDにもよく使われています。 Wang氏のチームは、ミクロン（髪の毛の100分の1の大きさで、肉眼では見えないほど小さい）サイズの小さなGaNレーザーを作っており、顕微鏡で使用することにより、研究をより正確に行うことができるようになります。 「シリコンは非常に成熟しています」とKuball氏は言います。 「新しいタイプの材料や電子機器を導入する場合、その信頼性をテストし続ける必要があることは明らかです」。 GaN は完璧な材料ではありません。GaN を成長させる方法によっては、欠陥が発生して効率が悪くなるからです。 安価で、すべての製造技術がすでにセットアップされています。 GaNはまだ少し高価です。 Wang氏は、既存の製造プラットフォームを活用するために、シリコンの上に窒化ガリウムの結晶を成長させる方法を検討している人がいることを指摘しながら、「窒化ガリウムに切り替えるには、ある程度の努力が必要です」と述べています。 Anker社によれば、GaNはシリコンよりも高価だが、GaNの充電器はシリコンの充電器よりも部品点数が少ないため、価格競争力があるとのことだ。 同社は、GaN 材料を携帯用バッテリなど他の部品にも使用したいと考えています。

Kuball によると、Texas Instruments や Nexperia などの大手半導体メーカーは GaN 研究プログラムを持っており、この技術に取り組む新興企業も後を絶ちません。 しかし、パワーエレクトロニクス分野でのGaNの真のインパクトは、まだ見えていません。 「この小さなアダプターはいいおもちゃだが、GaNが本当に重要になるのは、電気自動車や太陽光発電用のコンバーターだ」とKuball氏は付け加えた。 それまでの間、「より小さなものを持つことはクールなことだ」

Update February 12th, 2019, 10AM ET: 本記事は2018年11月2日に公開されたもので、動画を追加して更新しています

2018年11月2日9時20分更新。 この記事は、Ankerからの声明を含むように更新されました。