Galijev nitrid je silicij budućnosti!

https://www.chemistryworld.com

Galijev nitrid (GaN) je izravni poluprovodnik koji se obično koristi u svjetlećim diodama od 1990-ih. Spoj je vrlo tvrdi materijal koji ima kristalnu strukturu Wurtzite. Njegova široka pukotina od 3,4 eV daje posebna svojstva za primjene u visokonaponskim i visokofrekventnim uređajima.

Galijev nitrid se već koristi u proizvodima koje posjedujete, ali za potpuno drugu svrhu. GaN kristali su korišteni na safirnoj bazi za proizvodnju punog LED spektra već neko vrijeme, a ako imate RGB ili “Daylight” LED svjetiljke, vjerojatno koriste Galijev nitrid. Ostale specijalne namjene kao što su audio pojačala klase D i mikrovalna telekomunikacijska oprema također koriste GaN, a sve što ga koristi to čini iz tri razloga. U usporedbi s tradicionalnim silikonskim tranzistorima, galijev nitrid radi hladnije, ima veću energetsku učinkovitost i mnogo manji – što je upravo ono što vidite kada pogledate Ankerov novi, maleni 27-voltni blok za punjenje USB-PD. GaN je oduvijek bio nadmoćni poluprovodnik u odnosu na silicij, ali je i mnogo skuplje pouzdano proizvoditi.Izvor: https://www.youtube.com/watch?v=AYttFnryznM

Desetljećima je silicij bio okosnica tehnološke industrije, ali mi smo “dosegli teoretsku granicu u kojoj se mjeri može poboljšati”, kaže Danqing Wang, doktorand na Sveučilištu Harvard koji provodi GaN istraživanja. Svi materijali imaju “pojasnu prazninu”, što je povezano s time koliko dobro mogu provoditi električnu energiju. GaN ima širi pojas od silicija, što znači da može izdržati veće napone nego što silicij može preživjeti, a struja može brže proći kroz uređaj, kaže Martin Kuball, fizičar sa Sveučilišta u Bristolu.

Kao rezultat toga, elektronika koja koristi GaN je daleko učinkovitija od svojih silikonskih kopija, a oni gube manje energije. “Možete napraviti stvari vrlo malenima, ili možete spakirati više GaN-a na istom području”, kaže Wang. “Performanse su bolje.” A kada izgubite manje energije, ne samo da možete učiniti uređaje za punjenje manjim, nego možete koristiti i manje energije. Prema Kuballu, zamjena sve postojeće elektronike s GaN može potencijalno smanjiti potrošnju energije za 10 ili 25 posto.

Osim toga, budući da GaN može preživjeti na višim temperaturama od silicija, upotreba može utjecati na dizajn u složenijim okruženjima. Upravo sada, elektronika u automobilu je postavljena daleko od motora kako bi ih se spriječilo da postane prevruće, kaže Kuball. GaN briše ovo ograničenje i može otvoriti nove mogućnosti koje mijenjaju način na koji su automobili dizajnirani u budućnosti.

Materijal je odavno dominantan u drugom području: laserima i fotonici. GaN je jedan od rijetkih materijala koji daje plavo svjetlo; koristi se u Blu-ray zrakama kako bi se omogućilo čitanje diska. Wangov tim izrađuje sićušne GaN lasere veličine mikrona – što je 1/100 veličine ljudske kose i premalo da se vidi golim okom – koje se mogu koristiti u mikroskopima kako bi se istraživanje učinilo preciznijim.

Zašto još nismo zamijenili silicij s GaN? “Silicij je vrlo zreo”, kaže Kuball. “Ljudi su navikli na to i to rade već dugo vremena, i očito je da ono što nađete kada uvedete novu vrstu materijala ili elektronike, je da ga morate nastaviti testirati zbog pouzdanosti.” GaN nije savršen materijal, jer neke metode uzgoja mogu uzrokovati nedostatke koji ga čine manje učinkovitim.

Ali navikli smo na silicij. To je jeftino i sve su proizvodne tehnike već postavljene. GaN je još malo skuplji. “Potreban je određeni napor da se pređe na galijev nitrid”, kaže Wang, iako ističe da neki ljudi traže načine kako uzgajati kristale galij nitrida na vrhu silikona u nadi da će iskoristiti postojeće proizvodne platforme. Sa svoje strane, Anker kaže da iako je GaN sada skuplji od silicija, GaN punjači trebaju manje komponenata nego silikonski punjači, što njihovu cijenu čini konkurentnom. Tvrtka se nada da će koristiti GaN materijale u drugim komponentama, uključujući prijenosne baterije.

Njegova osjetljivost na ionizirajuće zračenje je niska (poput ostalih nitrida iz skupine III), što ga čini prikladnim materijalom za nizove solarnih ćelija za satelite. Vojne i svemirske aplikacije također bi mogle imati koristi jer su uređaji pokazali stabilnost u radijacijskom okruženju.

GaN kao tehnologija tek je na početku, samo je komercijalno dostupna u posljednjih nekoliko godina u usporedbi sa silicijem koji se koristi više od 70 godina. Budućnost je obećavajuća jer uporaba GaN-a kao tehnologije postaje sve raširenija, a učinkovitost se poboljšava iz godine u godinu.

O autoru

Jakob Greguric
Student treće godine Fakulteta prometnih znanosti Sveučilišta u Zagrebu. Područje interesa: Logistika i mobilna tehnologija.
Close