Майбутнє настало! Вчені планують замінити кремній. Цікаво чим?

Схоже, поняття “Кремнієва долина” вже незабаром зникне разом з її головним “натхненником” – кремнієм. Сьогодні саме цей елемент виступає основною складовою часткою напівпровідникових приладів. Але все може змінитись. На п’яти старому доброму кремнію буквально наступає нітрид галію, який серйозно претендує на звання матеріалу майбутнього.

Співробітники електронної компанії Anker представили нову розробку – мініатюрний блок живлення, для створення якого було використано нітрид галію. А не традиційний напівпровідник – кремній. Перш ніж ми розглянемо переваги цього нового і, багато в чому, революційного рішення, давайте поговоримо про його головних учасників. Про кремній та нітриду галію.

Що таке кремній? 

Прошу не плутати з мінералом під назвою кремінь. Цей хлопець хоч і міцний та надійний, але далі йтиметься не про нього.

А про кремній – хімічний елемент з латинським ім’ям Silicium (Si).

Кремній – практично поп-зірка у світі хімічних елементів. Він посідає друге місце за поширеністю після кисню. А для деяких сучасних людей знаходиться на одному рівні з киснем. Адже кремній активно використовується у виробництві електроніки.

Довідка від кепа – Кремнієву долину назвали Кремнієвою (або Силіконовою), тому що основним елементом виготовлення напівпровідникових приладів (діодів, транзисторів, мікросхем) є кремній.

Також прошу не плутати англійську назву кремнію silicon та термін silicone або поліорганосилоксан. Це не одне і те ж.

Переваги кремнію

Крім широкої поширеності, доступності та світової популярності кремній має ще низку плюсів.

• Добути кремній, хоч і енерговитратно, але все ж таки досить легко. Всі явки та паролі цього елемента (а точніше, отримання його з піску, наприклад) давно відомі людству.
• Кремній – товариш нерозбірливий, тому утворює безліч зв’язків з іншими елементами. Це запишемо йому як плюс, оскільки завдяки з’єднанню народжуються нові надміцні та круті розчини: силікати силани і силіциди, діоксиди, різні варіації скла, кераміки, каменю.
• Переоцінити напівпровідникові властивості Si неможливо: у галузі розробок електро- та радіотехніки йому немає рівних. Поки що.
• Кремній не токсичний, що робить його повністю безпечним у промисловості та виробництві.

Недоліки кремнію

А тепер поговоримо про мінуси цього хімічного елемента, адже ніхто не є ідеальним.

• Кремній досить крихкий, його не використовують для несучих конструкцій.
• Має високу температуру плавлення, що тягне за собою пристойну енерговитратність при обробці.
• Процес отримання кремнію забруднює довкілля.

До всього, сучасні вчені всіма силами намагаються знайти спосіб економії ресурсів. І в наступних слайдах ми розповімо вам, як це їм вдалося.

Чому кремній поступово здає свої позиції?

Кремній так довго був незамінним елементом у технологічній індустрії, що вчені були впевнені: краще за нього не знайти. Але, як то кажуть, немає меж досконалості. Якщо говорити простою мовою, кремній просто зупинився у розвитку. Приблизно як ваш колишній (або колишня).

Теоретично, його властивості перейшли у статус “краще нікуди”, досягли своєї межі і їх вже неможливо було покращити. Тим часом, світлі голови Гарварду невгамовно проводили дослідження і мізкували над тим, що б іще такого придумати. І вигадали.

Що таке нітрид галію і чому вчені пророкують йому велике майбутнє?

Нітрид галію (GaN) прозорий і зовні нагадує скло. Але цей матеріал не такий крихкий, як може здатися.

Його почали застосовувати ще у 90-х роках минулого сторіччя – у світлодіодах та напівпровідникових приладах з високою потужністю.

До речі, електропровідність у нітриду галію набагато вища, ніж у кремнію. Це означає, що він краще витримує високу напругу та готовий продемонструвати чудеса швидкості під час проходження через пристрій.

Таких висновків дійшов фізик Брістольського університету Мартін Кубалл, який очолює проект дослідження GaN в енергетиці.

Які переваги нітриду галію?

Нітрид галію готовий не тільки до напруги, а й до високих температур. Що дозволяє йому почуватися в агресивному середовищі, неначе рибі у воді. Цю суперсилу точно зацінять у автомобільній промисловості. Адже з використанням GaN конструктори легкових автомобілів не розводитимуть електроніку та двигун “по різних кутках”, щоб машина не перегрівалася.

Нітрид галію також стійкий до іонізуючого випромінювання, що дозволяє створювати сонячні батареї космічних апаратів, які працюватимуть довго та надійно.

Поліпшені властивості нітриду галію роблять його більш ефективним, ніж кремній, і як результат – більш економним. Енергії для розробки різних електронних пристроїв знадобиться менше. Самі пристрої також зменшаться в розмірах і зможуть “приборкати свої апетити споживання”. Вже знайомий нам Мартін Кубалл запевняє, що використання GaN допоможе скоротити витрати енергії на 10%, або на 25%.

Чому ж не використовувати нітрид галію прямо зараз?

Перейти на GaN різко і безповоротно поки що не вийде. Оскільки вся сучасна електротехніка буквально тримається на кремнії. Так само, як ми не можемо відразу перейти на альтернативні джерела енергії, ми не ладні відмовитися від технологій на кремнієвій основі.

Однак процес уже пішов: вчені активно тестують новий матеріал, досягаючи його досконалості та покращуючи його скіли.

Вивчати сильні та слабкі сторони GaN взялися найкращі уми в галузі науки і технологій, отож у найближчому майбутньому цілком реально очікувати масового виробництва носіїв на основі нітриду галію.

Що кажуть у компанії Anker?

Розробники Anker відзначають, що нітридні технології коштуватимуть дещо дорожче. Однак для виготовлення зарядного пристрою з використанням GaN потрібно менше компонентів, ніж для аналогічного виробу з кремнієм. Отже, як то кажуть, 1:1.

Ми будемо активно стежитити за цією темою і повідомлятимемо нашим читачам про нові розробки в цій галузі. А ви ставте лайк і пишіть у коментарях, чи цікаві вам технології майбутнього? І на які нові розробки ви чекаєте найбільше?