Такой экзотический материал, как нитрид галлия (GaN), является перспективным полупроводником и может найти применение в электронных устройствах будущего. Он намного эффективнее кремния, отмечают исследователи.

Прототип самого маленького в мире адаптера для ноутбука

В 2013 году Министерство энергетики США выделило около $70 млн для изучения и разработки GaN-приборов. Такая щедрость обусловлена перспективой сократить потребляемую энергию при внедрении электроники на базе GaN-элементов. Предприятие Cambridge Electronics, являющееся детищем Массачусетского технологического института (MIT), заявило о разработке линейки GaN-транзисторов и силовых электронных схем. По подсчётам учёных, новая разработка позволит сократить потребляемую электроэнергию в дата-центрах, электромобилях и потребительских устройствах примерно на 10–20 %.

Большинство современных адаптеров питания используют кремниевые транзисторы, которые имеют большое сопротивление и при переключении выделяют тепловую энергию, тем самым снижая эффективность работы. Предложенные GaN-транзисторы имеют в десять раз меньшее сопротивление по сравнению с кремниевыми аналогами. Кроме того, они имеют более высокую скорость переключения. Устройства с такими компонентами могут быть гораздо компактнее. Например, размеры адаптера питания для ноутбука можно уменьшить на две третьих.

Сравнение характеристик переключения GaN и MOSFET

Первоначально учёные вырастили тонкий слой нитрида галлия на поверхности основы. Далее экспериментально на этот слой накладывались в разных комбинациях другие материалы. В итоге исследователям удалось найти такую комбинацию, которая позволила создать новый тип транзисторов GaN. Кроме того, они позаботились и о разработке доступного по цене техпроцесса. При одинаковой себестоимости GaN-транзисторы в 100 раз лучше по производительности.

В настоящее время Cambridge Electronics использует свои передовые транзисторы для разработки компактных адаптеров для ноутбуков. Ещё одним реалистичным приложением видится создание более совершенной системы питания дата-центров Google, Amazon, Facebook и других гигантов. Эти ЦОД потребляют около 2 % электричества США. GaN-элементы позволят ощутимо снизить энергозатраты, утверждают исследователи.

Остаётся надеется, что эта разработка не заглохнет и постепенно выйдет на коммерческие рельсы.