Azotek galu wchodzi na salony, a ty wkrótce kupisz miniaturowy zasilacz do laptopa

Azotek galu (GaN) jest jednym z półprzewodników wymienianych w kontekście zastąpienia krzemu; bardziej przyziemnym niż marzenia o grafenie, choć niekoniecznie dużo mniej problematycznym w okiełznaniu. Zdaniem naukowców tranzystor wykonany z GaN może być nawet 15-krotnie mniejszy od krzemowego odpowiednika, przy redukcji straty mocy na poziomie 40 proc. Czyni więc elektronikę bardziej efektywną energetycznie, co zresztą w 2013 roku zauważył amerykański Departament Energii. Jednostka przeznaczyła na rozwój tej technologii blisko połowę swego budżetu, czyli de facto jakieś 70 mln dol.

Spółka Cambridge Electronics, wewnętrzny startup MIT, niespełna dwa lata później wprowadziła do sprzedaży pierwsze tranzystory oparte na azotku galu. Były przeznaczone do zastosowania w układach zasilających, takich jak właśnie zasilacze do laptopów czy smartfonów. Według danych serwisu Phys.org, cel ustalono na zmniejszenie do 2025 roku zużycia energii przez statystyczne urządzenie o 10-20 proc. Czy się uda, tego póki co nie wiemy.

Zaletą tranzystora GaN, obok wspomnianych już niewielkich rozmiarów, jest niezwykle niski opór. Wynosi jedną-dziesiątą tego, co jest w stanie zagwarantować krzem. To właśnie wpływa na efektywność energetyczną. Oprócz tego nowa technologia okazuje się znacznie szybszym przełącznikiem, a co za tym idzie doskonale sprawdza się przy modulacji szerokości impulsu (PWM), metodzie nagminnie stosowanej do regulacji w dzisiejszych zasilaczach (również podsystemach zasilających, np. podświetlenie w LCD) i falownikach.

Tradycyjnie jednak są też minusy. Klasyczne tranzystory mocy są projektowane tak, aby umożliwić przepływ wysokich prądów, gdy są załączone, i blokować w stanie wyłączonym. Dzięki temu unika się chociażby zwarć. Tymczasem tranzystory z azotku galu wyjściowo pozostają aktywne. Specom z MIT udało się wprawdzie opracować metodę zablokowania GaN polegającą na domieszkowaniu, ale to istotnie zwiększa koszty produkcji.

Sama produkcja w makroskali również stoi pod znakiem zapytania. Krzem wystarczy odpowiednio naświetlić laserem w procesie fotolitografii. Tranzystory z azotku galu są natomiast hodowane na danym podłożu, co uniemożliwia produkcję układów o dużym stopniu zaawansowania, takich jak mikroprocesory czy kontrolery. (Choć naukowcy utrzymują, że dzisiejsze linie produkcyjne można stosunkowo łatwo przestawić pod GaN).

A przynajmniej wyglądającym jak ten od smartfonu. Anker PowerPort Atom PD1 ma formę filigranowej kostki o wymiarach około 4 x 4,6 x 3,8 cm, przez co z zewnątrz wygląda jak kilkunastowatowe zasilacze dołączane do współczesnych telefonów. Oferuje jednak aż 30 W mocy, dzięki czemu poradzi sobie z bardziej energooszczędnym laptopem, nie wspominając już o fast charge. Cena tego cacka to 33 dol., czyli niespełna 130 zł.

Naturalnie firma Anker nie jest jedyna i już wysypują się kolejne propozycje, także z mocniejszymi jednostkami 45-watowymi, a to z kolei bardzo dobry prognostyk na przyszłość. Azotek galu pomoże nam, użytkownikom, nawet wtedy gdy nie będzie stosowany do produkcji czipów. Jak? Wyobraźcie sobie, że do wysokowydajnego laptopa dla graczy, zamiast słusznych rozmiarów cegły, dostajecie zasilacz porównywalny z paczką papierosów. Mobilność bezapelacyjnie rośnie.

Dla dociekliwych: Wielkość zasilaczy kojarzona jest przede wszystkim z wielkością transformatora, jednak to charakterystyka tranzystora definiuje wymagania wobec elementów biernych, więc GaN pozwala zmniejszyć też transformator.