Будущее настало! Ученые планируют заменить кремний. Интересно, чем?

Похоже, понятие “Кремниевая долина” уже скоро канет в лету вместе с ее главным “вдохновителем” — кремнием. Сегодня именно этот элемент выступает основным составляющим полупроводниковых приборов. Но все может измениться. На пятки старому доброму кремнию в буквальном смысле наступает нитрид галлия, который всерьез претендует на звание материала будущего.

Сотрудники электронной компании Anker представили новую разработку — миниатюрный блок питания, для создания которого был использован нитрид галлия. А не традиционный полупроводник — кремний. Прежде чем мы рассмотрим преимущества этого нового и, во многих отношениях, революционного решения, давайте поговорим о его главных участниках. О кремние и нитриде галлия.

Что такое кремний?

Прошу не путать с минералом под названием кремень. Этот парень хоть и крепкий да надежный, но далее речь пойдет не о нем. А о кремние — химическом элементе с латинским именем Silicium (Si).

Кремний — практически поп-звезда в мире химических элементов. Он занимает второе место по распространенности после кислорода. А для некоторых современных жителей нашей планеты находится на том же уровне важности, что и воздух. Ведь кремний активно используется в производстве электроники.

Справка от кэпа — Кремниевую долину назвали Кремниевой (или Силиконовой), потому что основным элементом для изготовления полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, микросхем) является кремний. 

Также прошу не путать английское название кремния silicon и термин silicone или полиорганосилоксан. Это не одно и то же.

Достоинства кремния

Помимо широкой распространенности, доступности и мировой популярности кремний имеет еще ряд плюсов. 

• Добыть кремний, хоть и энергозатратно, но все же довольно легко. Все явки и пароли этого элемента (а вернее, получение его из песка, к примеру) давно известны человечеству.
• Кремний — товарищ неразборчивый, поэтому образует множество соединений с другими элементами. Это впишем ему в плюс, поскольку путем соединения получаются новые сверхпрочные и крутые растворы: силикаты силаны, и силициды, и диоксиды, различные вариации стекла, керамики, камня.
• Переоценить полупроводниковые свойства Si невозможно: в области разработок электро- и радиотехники ему нет равных. Пока что.
• Кремний не токсичен, что делает его полностью безопасным в промышленности и производстве.

Недостатки кремния

А теперь поговорим о минусах этого химического элемента, ведь никто не идеален.

• Кремний достаточно хрупок, его не используют для несущих конструкций.
• Имеет высокую температуру плавления, что тянет за собой приличную энергозатратность при его обработке. 
• Процесс получения кремния загрязняет окружающую среду.

 Современные ученые всеми силами стараются найти способ экономии ресурсов. И в следующих слайдах мы расскажем вам, как им это удалось.

Почему кремний постепенно сдает свои позиции?

Кремний так долго был незаменимым элементом в технологической индустрии, что ученые были уверены: лучше его не найти. Но, как говориться, нет предела совершенству. Если говорить простым языком, кремний попросту остановился в развитии. Примерно, как ваш бывший (или бывшая).

Теоретически, его свойства перешли в статус “лучше некуда”, достигли своего предела и их уже невозможно было улучшить. Тем временем, светлые умы Гарварда неугомонно проводили исследования и ломали голову над тем, что же еще такого придумать. И придумали.

Что такое нитрид галлия и почему ученые пророчат ему большое будущее?

Нитрид галлия (GaN) прозрачен и внешне напоминает стекло. Но этот материал не так хрупок, как может показаться. 

Его начали применять еще в 90-х годах прошлого столетия — в светодиодах и полупроводниковых приборах с высокой мощностью.

Кстати, электропроводность у нитрида галлия намного выше, чем у кремния. Это значит, что он лучше выдерживает высокое напряжение и готов продемонстрировать чудеса скорости во время прохождения через устройство. 

К таким выводам пришел физик Бристольского университета Мартин Кубалл, возглавляющий проект исследования GaN в энергетике.

Каковы преимущества нитрида галлия?

Нитрид галлия готов не только к напряжению, а и к высоким температурам. Что позволяет ему чувствовать себя в агрессивной среде, как рыбе в воде. Эту суперсилу точно оценят в автомобильной промышленности. Ведь с использованием GaN конструкторы легковых автомобилей не будут разводить электронику и двигатель “по разным углам”, чтобы машина не перегревалась. 

Нитрид галлия также устойчив к ионизирующему излучению, что позволяет создавать солнечные батареи космических аппаратов, которые будут работать долго и надежно.

Улучшенные свойства нитрида галлия делают его более эффективным, чем кремний, и как, результат — более экономным. Энергии для разработки различных электронных устройств понадобится меньше. Сами устройства также уменьшатся в размерах и смогут “обуздать свои аппетиты потребления”. Уже знакомый нам Мартин Кубалл уверяет, что использование GaN поможет сократить затраты энергии на 10%, а то и на 25%.

Почему же не использовать нитрид галлия прямо сейчас?

Перейти на GaN резко и бесповоротно пока не получится. Поскольку вся современная электротехника в буквальном смысле держится на кремние. Так же, как мы не можем в одночасье перейти на альтернативные источники энергии, мы не в силах отказаться от технологий на кремниевой основе.

Однако процесс уже запущен: ученые активно испытывают новый материал, добиваясь его совершенства и улучшая его скиллы. 

Изучать сильные и слабые стороны GaN взялись лучшие умы в области науки и технологий, так что в обозримом будущем вполне реально ожидать массового производства носителей на основе  нитрида галлия.

Что говорят в компании Anker?

Разработчики Anker отмечают, что нитридные технологии будут стоить несколько дороже. Однако для изготовления зарядного устройства с использованием GaN потребуется меньше компонентов, чем для аналогичного изделия с кремнием. Так что, как говориться, 1:1.

Мы будем активно следить за этой темой и сообщать нашим читателям о новых разработках в данной области. А вы ставьте лайк и пишите в комментариях, интересны ли вам технологии будущего? И каких новых разработок вы ждете больше всего?