I vantaggi di un caricabatterie GaN

I caricabatterie al nitruro di gallio (GaN) erano ovunque al CES 2020. Questa alternativa contemporanea al silicio significa che sono in arrivo caricabatterie e alimentatori più piccoli ed efficienti. Ecco come funziona.

I caricabatterie GaN sono fisicamente più piccoli dei caricabatterie attuali. Questo accade spesso perché i caricabatterie al nitruro di gallio non richiedono tanti componenti quanti i caricabatterie al silicio. Il materiale è in grado di condurre tensioni molto più elevate nel tempo rispetto al silicio.

I caricabatterie GaN non sono solo più efficienti nel trasferire corrente, ma ciò significa anche che meno energia viene persa in calore. Quindi, più energia va a ciò che stai cercando di caricare. Quando i componenti sono più efficienti nel passare energia ai tuoi dispositivi, generalmente ne richiedi meno.

Di conseguenza, gli alimentatori e i caricabatterie GaN saranno notevolmente più piccoli quando la tecnologia diventerà più diffusa. Ci sono anche altri vantaggi, come una migliore frequenza di commutazione che consente un trasferimento di potenza wireless più veloce e maggiori "spazi d'aria" tra il caricabatterie e il dispositivo.

Attualmente, i semiconduttori GaN costano generalmente quanto quelli al silicio. Tuttavia, grazie alla maggiore efficienza, c'è una ridotta dipendenza da materiali aggiuntivi, come dissipatori di calore, filtri e elementi di circuito. Un produttore stima risparmi sui costi dal 10 al 20 percento in quest'area. Ciò potrebbe migliorare ulteriormente una volta che il vantaggio economico della produzione su larga scala entrerà in gioco.

Potresti persino risparmiare un po' di denaro sulla bolletta elettrica, poiché caricabatterie più efficienti significano meno spreco di energia. Non aspettarti di vedere un enorme cambiamento con dispositivi a bassa potenza, come laptop e smartphone, però.

Cos'è il Nitruro di Gallio?
Il nitruro di gallio è un materiale semiconduttore che è salito alla ribalta negli anni '90 attraverso la produzione di LED. Il GaN è stato utilizzato per creare i primi LED bianchi, laser blu e display LED a colori completi che puoi vedere alla luce del giorno. Nei lettori DVD Blu-ray, il GaN produce la luce blu che legge le informazioni dal DVD.

Sembra che il GaN sostituirà presto il silicio in molte aree. I produttori di silicio hanno lavorato instancabilmente per molti anni per migliorare i transistor basati sul silicio. Secondo la Legge di Moore (dal nome del co-fondatore di Fairchild Semiconductor e, successivamente, CEO di Intel, Gordon Moore), il numero di transistor in un circuito integrato al silicio raddoppia circa ogni due anni.

Questa osservazione è stata fatta nel 1965 e ha in gran parte retto per gli ultimi 50 anni. Nel 2010, tuttavia, il progresso dei semiconduttori ha rallentato al di sotto di questo ritmo per la prima volta. Molti analisti (e Moore stesso) prevedono che la Legge di Moore sarà obsoleta entro il 2025.

La produzione di transistor GaN è aumentata nel 2006. I processi di produzione migliorati significano che i transistor GaN possono spesso essere prodotti nelle stesse strutture dei tipi al silicio. Ciò mantiene bassi i costi e incoraggia più produttori di silicio a utilizzare il GaN per produrre transistor invece.

Perché il Nitruro di Gallio è Superiore al Silicio?
I vantaggi del GaN rispetto al silicio si riducono all'efficienza energetica. Come spiegato da GaN Systems, un produttore che si concentra sul nitruro di gallio:

“Tutti i materiali semiconduttori hanno quella che viene chiamata una banda proibita. Questa è una regione di energia in un solido in cui nessun elettrone può esistere. In parole povere, una banda proibita è correlata a quanto bene un materiale solido può condurre elettricità. Il nitruro di gallio ha una banda proibita di 3,4 eV, rispetto agli 1,12 eV del silicio. La banda proibita più ampia del nitruro di gallio significa che può sostenere tensioni e temperature più elevate rispetto al silicio.”

Efficient Power Conversion Corporation, un altro produttore di GaN, ha affermato che il GaN è in grado di condurre elettroni 1.000 volte più efficientemente del silicio, e con costi di produzione inferiori, per di più.

Una maggiore efficienza della banda proibita significa che la corrente può attraversare un chip GaN più velocemente di uno al silicio. Ciò potrebbe portare a capacità di elaborazione più veloci in futuro. In parole povere, i chip realizzati in GaN saranno più veloci, più piccoli, più efficienti dal punto di vista energetico e (alla fine) più economici di quelli realizzati in silicio.