Prinesie nitrid gália novú elektroniku?

ZDROJ | CHUNICHI SHIMBUN

Odkedy kremík v polovodičoch nahradil germánium uplynuli už desaťročia a kremík je dnes prakticky základným pilierom elektroniky. Kremík je však zároveň blízko svojich teoretických limitov, preto pre ďalšie zlepšovanie polovodičových súčiastok budeme musieť siahnuť po nových materiáloch.

Nástupca kremíka? V niektorých oblastiach áno

Jedným z nádejných materiálov je gálium nitrid (GaN). Všetky polovodivé materiály majú takzvanú  „pásmovú medzeru“, ktorá určuje, ako dobre vedú elektrický prúd. GaN má túto pásmovú medzeru širšiu ako kremík, takže dokáže udržať vyššie napätie ako kremík a prúd môže cezeň prechádzať rýchlejšie. Uviedol to Martin Kuball z Bristolskej univerzity, ktorý vedie výskumný projekt výkonovej elektroniky na báze GaN.

Pozrite siSilicén prinesie tranzistory o hrúbke jediného atómu

V dôsledku toho je elektronika z GaN oveľa efektívnejšia ako súčasný kremíkový mainstream a má nižšie energetické straty.

Štruktúra kryštálu GaNZDROJ | Wikipedia

GaN sa už dlho používa v oblasti fotoniky. Je jedným z mála materiálov, ktoré vyžarujú modré svetlo, preto sa využíva v modrých LED, alebo v laseroch pre Blu-ray prehrávače.  Tím vedcov z Harvard University pod vedením Danqinga Wanga vyrába miniatúrne GaN lasery veľkosti jedného mikrónu (tisíciny milimetra), ktoré sú nepozorovateľné voľným okom. Využitie nájdu napríklad v mikroskopoch pre presnejšie skúmanie.

Od fotoniky k elekromobilom

GaN súčiastky sa dajú s výhodou využiť vo výkonovej elektronike. Nabíjačky, konvertory napätia pre elektromobily a fotovoltaiku a ďalšie zariadenia môžu byť vďaka novému materiálu menšie a efektívnejšie.

Pozrite siNahradia nanorúrky kremíkové čipy? IBM verí, že áno

„Vďaka novému materiálu môžete vyrobiť veľmi malé komponenty, alebo môžete umiestniť viac GaN súčiastok v rovnakom priestore. Výkon je jednoducho lepší“, uviedol Wang.

https://www.youtube.com/watch?v=WxZs5zM1nyA

Menšie energetické straty umožnia vyrobiť napríklad menšie nabíjačky pri rovnakom výkone, ktoré spotrebujú menej energie. Podľa Martina Kuballa, ak by sa celá súčasná elektronika nahradila zariadeniami na báze GaN, viedlo by to k potenciálnemu zníženiu spotreby elektrickej energie o 10 až 25 percent.

Výkonové spínače na báze GaN sú menšie, rýchlejšie a výkonovo efektívnejšie ako kremíkové. ZDROJ | Dialog Semiconductor

Navyše GaN dokáže odolať vyšším teplotám ako kremík, preto jeho použitie môže ovplyvniť návrh zložitejších systémov. Nejde len o menšie chladiče. Dnes je elektronika v aute namontovaná ďaleko od motora, aby nedošlo k prílišnému prehriatiu. GaN môže toto obmedzenie eliminovať a môže otvoriť nové možnosti pre návrh áut budúcnosti.

Rýchla náhrada kremíka za nitrid gália však nie je reálna. Kremík je príliš dobre zavedený v elektronickej výrobe, je lacný a výrobné technológie sú dobre prepracované. Nitrid gália je stále o niečo drahší a prechod na nový materiál vyžaduje isté úsilie.

Pozrite siVedci z IBM vyrobili samorastúce nanodrôty

Podľa firmy Anker, aj keď je GaN v súčasnosti drahší ako kremík, nabíjačky z GaN potrebujú menej komponentov ako kremíkové nabíjačky, čo ich konkurencieschopnosť zas zvyšuje. Spoločnosť dúfa, že použije súčiastky z GaN aj v iných komponentoch, vrátane prenosných batérií.

ZdrojThe Verge

Komentáre k článku