Die Vorteile eines GaN-Ladegerätes

Galliumnitrid (GaN)-Ladegeräte waren auf der CES 2020 überall zu sehen. Diese moderne Alternative zu Silizium bedeutet, dass kleinere, effizientere Ladegeräte und Netzteile auf dem Vormarsch sind. So funktioniert es.

GaN-Ladegeräte sind physisch kleiner als aktuelle Ladegeräte. Das liegt oft daran, dass Galliumnitrid-Ladegeräte nicht so viele Komponenten wie Silizium-Ladegeräte benötigen. Das Material kann über längere Zeit höhere Spannungen leiten als Silizium.

GaN-Ladegeräte sind nicht nur effizienter bei der Stromübertragung, sondern das bedeutet auch, dass weniger Energie in Form von Wärme verloren geht. So fließt mehr Energie in das, was Sie gerade aufladen. Wenn Komponenten Energie effizienter an Ihre Geräte weitergeben, benötigen Sie im Allgemeinen weniger davon.

Daher werden GaN-Netzteile und Ladegeräte merklich kleiner sein, wenn die Technologie weiter verbreitet ist. Es gibt auch andere Vorteile, wie eine bessere Schaltfrequenz, die eine schnellere drahtlose Energieübertragung ermöglicht, und größere „Luftspalte“ zwischen Ladegerät und Gerät.

Derzeit kosten GaN-Halbleiter im Allgemeinen ziemlich viel im Vergleich zu Silizium. Dank verbesserter Effizienz gibt es jedoch eine geringere Abhängigkeit von zusätzlichen Materialien wie Kühlkörpern, Filtern UND Schaltungselementen. Ein Hersteller schätzt die Kosteneinsparungen in diesem Bereich auf 10 bis 20 Prozent. Dies könnte sich noch weiter verbessern, sobald der wirtschaftliche Vorteil der Großserienproduktion greift.

Sie sparen vielleicht sogar ein wenig Geld bei Ihrer Stromrechnung, da effizientere Ladegeräte weniger Energie verschwenden. Erwarten Sie jedoch keine riesigen Veränderungen bei Geräten mit relativ geringer Leistung, wie Laptops und Smartphones.

Was ist Galliumnitrid?
Galliumnitrid ist ein Halbleitermaterial, das in den 1990er Jahren durch die Herstellung von LEDs an Bedeutung gewann. GaN wurde zur Herstellung der ersten weißen LEDs, blauen Laser und Vollfarb-LED-Displays verwendet, die Sie bei Tageslicht sehen können. In Blu-ray-DVD-Playern erzeugt GaN das blaue Licht, das die Daten von der DVD liest.

Es scheint, dass GaN Silizium bald in vielen Bereichen ersetzen wird. Siliziumhersteller haben jahrelang unermüdlich daran gearbeitet, siliziumbasierte Transistoren zu verbessern. Laut Moores Gesetz (benannt nach dem Mitbegründer von Fairchild Semiconductor und später CEO von Intel, Gordon Moore) verdoppelt sich die Anzahl der Transistoren in einem integrierten Siliziumschaltkreis etwa alle zwei Jahre.

Diese Beobachtung wurde 1965 gemacht und galt in den letzten 50 Jahren weitgehend. Im Jahr 2010 verlangsamte sich die Halbleiterentwicklung jedoch zum ersten Mal unter dieses Tempo. Viele Analysten (und Moore selbst) prognostizieren, dass Moores Gesetz bis 2025 obsolet sein wird.

Die Produktion von GaN-Transistoren wurde 2006 hochgefahren. Verbesserte Herstellungsprozesse bedeuten, dass GaN-Transistoren oft in denselben Anlagen wie Silizium-Transistoren hergestellt werden können. Dies hält die Kosten niedrig und ermutigt mehr Siliziumhersteller, GaN zur Herstellung von Transistoren zu verwenden.

Warum ist Galliumnitrid Silizium überlegen?
Die Vorteile von GaN im Vergleich zu Silizium lassen sich auf die Energieeffizienz zurückführen. Wie GaN Systems, ein Hersteller, der sich auf Galliumnitrid spezialisiert hat, erklärte:

“Alle Halbleitermaterialien haben eine sogenannte Bandlücke. Dies ist eine Energielücke in einem Festkörper, in der keine Elektronen existieren können. Vereinfacht ausgedrückt, gibt die Bandlücke an, wie gut ein Festkörper Strom leiten kann. Galliumnitrid hat eine Bandlücke von 3,4 eV im Vergleich zu 1,12 eV bei Silizium. Die größere Bandlücke von Galliumnitrid bedeutet, dass es höhere Spannungen und bessere Temperaturen als Silizium aushalten kann.“

Efficient Power Conversion Corporation, ein weiterer GaN-Hersteller, gab an, dass GaN Elektronen 1.000 Mal effizienter als Silizium leiten kann und das bei niedrigeren Herstellungskosten.

Eine höhere Bandlückeneffizienz bedeutet, dass der Strom schneller als bei einem Siliziumchip durch einen GaN-Chip fließen kann. Dies könnte in Zukunft zu schnelleren Verarbeitungsfähigkeiten führen. Vereinfacht ausgedrückt, werden Chips aus GaN schneller, kleiner, energieeffizienter und (letztendlich) günstiger sein als die aus Silizium.