Nitrură de galiu este siliciul viitorului

Anker a debutat cu noua sa cărămidă de alimentare minusculă, iar compania atribuie dimensiunile sale mici componentei pe care o folosește în loc de siliciu: nitrură de galiu (GaN). Este cel mai recent exemplu al popularității crescânde a acestui material transparent, asemănător sticlei, care într-o bună zi ar putea detrona siliciul și ar putea reduce consumul de energie la nivel mondial.

De zeci de ani, siliciul a fost coloana vertebrală a industriei tehnologice, dar „atingem o limită teoretică cu privire la cât de mult poate fi îmbunătățit”, spune Danqing Wang, doctorand la Universitatea Harvard, care conduce cercetări în domeniul GaN. Toate materialele au o „bandă interzisă”, care este legată de cât de bine pot conduce electricitatea. GaN are o bandă interzisă mai largă decât siliciul, ceea ce înseamnă că poate susține tensiuni mai mari decât poate supraviețui siliciul, iar curentul poate trece mai repede prin dispozitiv, spune Martin Kuball, fizician la Universitatea din Bristol, care conduce un proiect privind GaN în electronica de putere. (În videoclipul de mai sus, Kuball ajută la explicarea GaN în timp ce echipa Verge Science demontează noul încărcător de la Anker.)

Ca urmare, electronicele GaN sunt mult mai eficiente decât omologii lor din siliciu și pierd mai puțină energie. „Puteți face lucrurile foarte mici, sau puteți împacheta mai mult GaN în aceeași zonă”, spune Wang. „Performanța este mai bună”. Și atunci când pierdeți mai puțină energie, nu numai că puteți face dispozitivele de încărcare mai mici, dar puteți, de asemenea, să utilizați mai puțină energie în primul rând. Potrivit lui Kuball, înlocuirea tuturor dispozitivelor electronice actuale cu GaN ar putea reduce potențial consumul de energie cu 10 sau 25 de procente.

În plus, deoarece GaN poate supraviețui la temperaturi mai ridicate decât siliciul, utilizarea sa poate influența proiectarea în medii mai complicate. În prezent, electronicele dintr-o mașină sunt montate departe de motor pentru a nu se încălzi prea tare, spune Kuball. GaN șterge această constrângere și ar putea deschide noi posibilități care să schimbe modul în care sunt proiectate mașinile în viitor.

Materialul a fost mult timp dominant într-un alt domeniu: laserele și fotonica. GaN este unul dintre puținele materiale care emite lumină albastră; este folosit în Blu-ray pentru a face posibilă citirea discurilor. Este, de asemenea, utilizat frecvent în LED-uri. Echipa lui Wang produce lasere GaN minuscule, de mărimea unui micron – care reprezintă 1/100 din dimensiunea unui fir de păr uman și prea mici pentru a fi văzute cu ochiul liber – care pot fi folosite în microscoape pentru a face cercetarea mai precisă.

Politehnica lăsând la o parte, de ce nu am înlocuit încă siliciul cu GaN? „Siliciul este foarte matur”, spune Kuball. „Oamenii sunt obișnuiți cu el și fac acest lucru de mult timp și, evident, ceea ce constați atunci când introduci un nou tip de material sau de electronică este că trebuie să continui să îl testezi pentru fiabilitate.” Nici GaN nu este un material perfect, adaugă Wang, deoarece unele metode de creștere a acestuia pot cauza defecte care îl fac mai puțin eficient.

Dar suntem obișnuiți cu siliciul. Este ieftin și toate tehnicile de fabricație sunt deja configurate pentru el. GaN este încă un pic mai scump. „Este nevoie de un anumit efort pentru a trece la nitrură de galiu”, spune Wang, deși subliniază că unii oameni caută modalități de a crește cristale de nitrură de galiu peste siliciu în speranța de a profita de platformele de fabricație existente. La rândul său, Anker spune că, deși GaN este mai scump decât siliciul în acest moment, încărcătoarele GaN au nevoie de mai puține componente decât cele din siliciu, ceea ce face ca prețul lor să fie competitiv. Compania speră să folosească materialele GaN și în alte componente, inclusiv în bateriile portabile.

Producătorii mari de semiconductori, precum Texas Instruments și Nexperia, au programe de cercetare GaN, potrivit lui Kuball, și nu duc lipsă de startup-uri care lucrează la această tehnologie. Cu toate acestea, nu am văzut încă adevăratul impact al GaN în domeniul electronicii de putere. „Aceste mici adaptoare sunt o jucărie drăguță, dar unde GaN va conta cu adevărat este în convertoarele pentru mașinile electrice și fotovoltaice”, adaugă Kuball. Între timp, „este un lucru mic și cool să ai ceva mai mic.”

Update 12 februarie 2019, 10AM ET: Acest articol a fost publicat inițial pe 2 noiembrie 2018 și a fost actualizat pentru a include videoclipul.

Update November 2nd, 2018, 9:20AM: Această postare a fost actualizată pentru a include o declarație din partea Anker.