O nitreto de gálio é o silício do futuro

Anker estreou o seu novo e minúsculo tijolo eléctrico, e a empresa está a creditar o seu pequeno tamanho com o componente que utiliza em vez do silício: nitreto de gálio (GaN). É o mais recente exemplo da crescente popularidade deste material transparente, semelhante ao vidro, que poderia um dia desassentar silício e cortar o uso de energia em todo o mundo.

Há décadas que o silício tem sido a espinha dorsal da indústria tecnológica, mas estamos “atingindo um limite teórico de quanto ele pode ser melhorado”, diz Danqing Wang, doutorando da Universidade de Harvard, que conduz pesquisas em GaN. Todos os materiais têm uma “lacuna na banda”, que está relacionada com o quão bem eles podem conduzir eletricidade. O GaN tem uma lacuna de banda maior que o silício, o que significa que ele pode manter tensões mais altas do que o silício pode sobreviver, e a corrente pode correr através do dispositivo mais rapidamente, diz Martin Kuball, um físico da Universidade de Bristol que lidera um projeto sobre GaN em eletrônica de potência. (No vídeo, acima, Kuball ajuda a explicar o GaN enquanto a equipa da Verge Science rasga o novo carregador de Anker)

Como resultado, a electrónica GaN é muito mais eficiente do que as suas contrapartes de silício, e perde menos energia. “Você pode fazer coisas muito pequenas, ou você pode empacotar mais GaN na mesma área”, diz Wang. “O desempenho é melhor.” E quando se perde menos energia, não só se pode tornar os dispositivos de carga mais pequenos, como também se pode usar menos energia em primeiro lugar. Segundo Kuball, substituir toda a electrónica actual por GaN pode potencialmente reduzir o consumo de energia em 10 ou 25%.

Plus, porque o GaN pode sobreviver a temperaturas mais elevadas do que o silício, usando-o pode influenciar o design em ambientes mais complicados. Neste momento, a electrónica de um carro está montada longe do motor para evitar que fique demasiado quente, diz Kuball. GaN apaga este constrangimento e pode abrir novas possibilidades que mudam a forma como os carros são projectados no futuro.

O material é há muito dominante noutra área: lasers e fotónica. GaN é um dos poucos materiais que emite luz azul; é usado em Blu-rays para tornar a leitura de discos possível. Também é usado com frequência em LEDs. A equipe de Wang está fazendo pequenos lasers GaN do tamanho de um mícron – que é 1/100 do tamanho de um cabelo humano e muito pequeno para ver a olho nu – que podem ser usados em microscópios para tornar a pesquisa mais precisa.

Photonics à parte, por que ainda não substituímos o silício pelo GaN? “O silício é muito maduro”, diz Kuball. “As pessoas estão habituadas a ele e já o fazem há muito tempo, e obviamente o que se encontra quando se introduz um novo tipo de material ou electrónico é que é preciso continuar a testá-lo para a sua fiabilidade”. GaN também não é um material perfeito, acrescenta Wang, porque alguns métodos de crescimento podem causar defeitos que o tornam menos eficaz.

Mas estamos habituados ao silício. É barato, e todas as técnicas de fabricação já estão configuradas para ele. O GaN ainda é um pouco mais caro. “É preciso algum esforço para mudar para o nitreto de gálio”, diz Wang, embora ela aponte que algumas pessoas estão olhando para formas de cultivar cristais de nitreto de gálio em cima do silício, na esperança de aproveitar as plataformas de fabricação existentes. Por sua vez, Anker diz que embora o GaN seja mais caro que o silício neste momento, os carregadores GaN precisam de menos componentes que os carregadores de silício, o que torna o seu preço competitivo. A empresa espera utilizar materiais GaN em outros componentes, incluindo baterias portáteis.

Os fabricantes de semicondutores grandes como Texas Instruments e Nexperia têm programas de pesquisa GaN, de acordo com Kuball, e não há falta de startups trabalhando na tecnologia. Mesmo assim, ainda temos de ver o verdadeiro impacto do GaN no campo da electrónica de potência. “Estes pequenos adaptadores são um bom brinquedo, mas onde o GaN realmente importa é nos conversores para carros elétricos e fotovoltaicos”, acrescenta Kuball. Entretanto, “é uma coisinha legal ter algo menor”

Atualizar 12 de fevereiro de 2019, 10AM ET: Este artigo foi originalmente publicado a 2 de Novembro de 2018, e foi actualizado para incluir o vídeo.

Atualizar 2 de Novembro de 2018, 9:20 da manhã: Este post foi atualizado para incluir uma declaração do Anker.