Nitruro de galio es el silicio del futuro ¿Qué es el GaN?

Los componentes electrónicos de GaN son mucho más eficientes que sus homólogos de silicio y pierden menos energía.



Nitruro de galio es el silicio del futuro ¿Qué es el GaN?
Nitruro de galio es el silicio del futuro ¿Qué es el GaN?

El año pasado, Anker debutó con una nuevo y poderoso cargador de energía. Atribuyó su pequeño tamaño al componente que utiliza en lugar del silicio: nitruro de galio (GaN).

Es el último ejemplo de la creciente popularidad de este material transparente, similar al vidrio, que algún día podría eliminar el uso de silicio y reducir el uso de energía en todo el mundo.

Durante décadas, el silicio ha sido la columna vertebral de la industria de la tecnología. Pero estamos «llegando a un límite teórico sobre cuánto se puede mejorar». Afirma Danqing Wang, en la Universidad de Harvard quien dirige la investigación del GaN. Todos los materiales tienen una «brecha de banda», que está relacionada con la forma en que pueden conducir la electricidad.

El Nitruro de Galio tiene una banda más ancha que el silicio. Esto significa que puede soportar voltajes más altos que el silicio, y la corriente puede correr a través del dispositivo más rápidamente.

Martin Kuball, físico de la Universidad de Bristol que lidera un proyecto del GaN en electrónica de potencia.

Como resultado, los componentes electrónicos de GaN son mucho más eficientes que sus homólogos de silicio y pierden menos energía. «Puedes hacer cosas muy pequeñas, o puedes empacar más GaN en la misma área», dice Wang. «El rendimiento es mejor». Y como pierde menos energía, no solo puedes hacer que los dispositivos de carga sean más pequeños. También puedes usar menos energía en primer lugar.

Según Kuball, reemplazar todos los componentes electrónicos actuales con Nitruro de Galio podría reducir el consumo de energía en un 10 o un 25%.

Además, el Nitruro de Galio puede sobrevivir a temperaturas más altas que el silicio. Su uso puede influir en el diseño en entornos más complicados. En este momento, los componentes electrónicos de un automóvil están montados lejos del motor para evitar que se calienten demasiado. Dice Kuball. GaN borra esta restricción y podría abrir nuevas posibilidades que cambian la forma en que se diseñan los autos en el futuro.

El material ha sido dominante durante mucho tiempo en otra área: láser y fotónica. El Nitruro de Galio es uno de los pocos materiales para emitir luz azul; se utiliza en Blu-rays para hacer posible la lectura del disco. También se utiliza con frecuencia en LEDs. El equipo de Wang está haciendo pequeños láseres de GaN del tamaño de una micra. Es 1/100 del tamaño de un cabello humano y demasiado pequeño para ver a simple vista. Se puede usar en microscopios para hacer investigaciones más precisas.

Dejando a un lado la fotónica, ¿por qué no hemos reemplazado el silicio con GaN todavía?

«El silicio es muy maduro. La gente está acostumbrada a esto y lo ha estado haciendo durante mucho tiempo, y obviamente lo que encuentras cuando introduces un nuevo tipo de material o electrónico es que necesitas seguir probándolo para verificar su confiabilidad».

Dice Kuball

GaN no es un material perfecto tampoco, agrega Wang. Porque algunos métodos de crecimiento pueden causar defectos que lo hacen menos efectivo.

Pero estamos acostumbrados al silicio. Es barato, y todas las técnicas de fabricación ya están configuradas para ello. El Nitruro de Galio sigue siendo un poco más caro. «Se necesita un poco de esfuerzo para cambiar a nitruro de galio», dice Wang. Aunque señala que algunas personas están buscando formas de hacer crecer cristales de nitruro de galio sobre silicio con la esperanza de aprovechar las plataformas de fabricación existentes. Por su parte, Anker dice que aunque el Nitruro de Galio es más caro que el silicio en este momento, los cargadores necesitan menos componentes que los cargadores de silicio. Lo que hace que su precio sea competitivo. La compañía espera utilizar materiales de GaN en otros componentes, incluidas las baterías portátiles.

Los grandes fabricantes de semiconductores como Texas Instruments y Nexperia tienen programas de investigación de GaN, según Kuball. Y no hay carencia de nuevas empresas que trabajan en la tecnología. Aún así, todavía tenemos que ver el verdadero impacto del GaN en el campo de la electrónica de potencia.

«Estos pequeños adaptadores son un buen juguete, pero donde realmente impactará el Nitruro de Galio es en los convertidores para automóviles eléctricos y fotovoltaicos. Mientras tanto, es genial tener algo más pequeño».

Agrega Kuball

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