Nadchodzi azotek galu

Nie grafen czy molibdenit, ale azotek galu (GaN) będzie prawdopodobnie tym materiałem, który w najbliższym czasie zastąpi krzem w roli podstawowego półprzewodnika. W 2013 roku amerykański Departament Energii przeznaczył niemal 70 milionów dolarów na badania nad GaN. Urzędnicy z DoE uzasadniali swoją decyzję tym, że wykorzystanie tego materiału może pomóc w zredukowaniu zapotrzebowania na energię. Teraz założona przez MIT firma Cambridge Electronics (CEI) ogłosiła, że wyprodukowała tranzystory z GaN oraz układy elektroniczne, dzięki którym do roku 2025 ilość energii zużywanej przez centra bazodanowe, samochody elektryczne czy urządzenia konsumenckie może zmniejszyć się o 10-20 procent.

Układy energoelektroniczne są wykorzystywane np. w zasilaczach urządzeń elektrycznych czy w podstacjach sieci przesyłowych. Korzystają one z krzemowej elektroniki, która jednak, ze względu na pojawiające się opory, prowadzi do sporych strat energii.
Przedstawiciele Cambridge Electronics zapewniają, że skonstruowane przez nich tranzystory GaN charakteryzują się o 90% mniejszą opornością, co oznacza nie tylko zwiększoną efektywność i mniejsze straty, ale również szybsze przełączanie (działanie) poszczególnych elementów. To też oznacza, że obwody mogą być znacznie mniejsze niż obecnie. To zdarzająca się raz w życiu okazja, by zmienić rynek elektroniczny i rzeczywiście wpłynąć na to, w jaki sposób świat korzysta z energii - mówi współzałożyciel CEI, profesor MIT-u Tomas Palacios.

Korzyści z zastosowania GaN znane są od dawna, jednak problemy związane z bezpieczeństwem oraz koszty produkcji stanowiły dotychczas poważną przeszkodę. Kolejną niekorzystną cechą GaN jest fakt, że domyślnie materiał ten pozwala na przepływ energii, jest w trybie "on". Tymczasem, w razie wystąpienia awarii, stanem pożądanym jest "off" i zablokowanie przepływu energii. Naukowcy z CEI poradzili sobie i z tym problemem. Tak zmodyfikowali strukturę materiału, że wyprodukowane przez nich tranzystory GaN są domyślnie w trybie "off". Gdy jest mowa o GaN, wspominamy o galu i azocie. Tymczasem można zmodyfikować ten materiał, dodać różne zanieczyszczenia i zmienić w ten sposób jego właściwości" - wyjaśnia Palacios.

CEI poradziła też sobie z kosztami produkcji GaN m.in. w ten sposób, że zastąpiono wykorzystywane dotychczas złoto tańszymi metalami kompatybilnymi z technologiami produkcji na krzemie oraz opracowując metodę hodowania azotku galu na dużych powierzchniach. Mówiąc wprost - jesteśmy w stanie produkować tranzystory GaN i układy scalone w konwencjonalnych zakładach wytwarzających ich krzemowe odpowiedniki i w cenie tych odpowiedników. Koszt produkcji pozostaje taki sam, ale wydajność nowych urządzeń jest 100 razy lepsza - mówi wiceprezes CEI, doktor Bin Lu.

azotek galu GaN półprzewodnik krzem