Не так давно Anker представила крошечный блок питания. По заверениям компании, столь малый размер устройства обусловлен компонентом, который был использован вместо кремния, а именно — нитридом галлия (GaN). Растущая популярность этого прозрачного, подобного стеклу материала, говорит о том, что скоро он может превзойти кремний и сократить потребление энергии во всем мире.
В течение многих десятилетий кремний был основой технологической индустрии, но мы «достигли теоретического предела того, насколько его можно улучшить», — говорит Дан Цин Ван, доктор наук из Гарварда, которая проводит исследования GaN. По ее словам, у всех материалов есть так называемая «запретная зона» — прямое следствие того, насколько хорошо они могут проводить электричество. У нитрида галлия она больше, чем у кремния, а значит он сможет выдерживать более высокое напряжение и ток сможет проходить через устройство с большей скоростью. Об этом рассказывает Мартин Кубалл, физик из Бристольского университета, который возглавляет проект по GaN в области энергетики.
"До недавнего времени карбид кремния оставался безальтернативным вариантом для высоко- вольтных (свыше 600 В) мощных приборов, где необходимы высокие эф- фективность, мощность, быстродействие и температура эксплуатации. однако в связи с решением технических проблем получения более деше- вых гетероструктур GaN-Si большого диаметра и толщины нитрид галлия не только вытесняет кремниевые приборы, но и становится альтернативой SiC в высоковольтных мощных приложениях. Универсальность примене- ния GaN в мощных полупроводниках, ИС, светодиодах делает его наиболее перспективным среди новых материалов микроэлектроники."
В результате, GaN намного эффективнее своих кремниевых аналогов, что также позволяет сократить и размеры устройств на его основе. С его помощью можно не только уменьшить зарядные устройства, но и заставить систему потреблять меньше энергии. По словам Кубалла, замена всей современной электроники на GaN может потенциально снизить энергопотребление на 10 или 25 процентов.
Кроме того, нитрид галлия лучше выдерживает высокие температуры, что позволяет использовать его в весьма агрессивной среде. «В современных автомобилях все электронные компоненты установлены далеко от двигателя, чтобы не перегреваться, но и это можно исправить», — говорит Кубалл.
Кстати, этот материал уже давно доминирует в другой области производства — в фотонике. В частности, именно нитрид галлия служит источником того самого «синего света», который используется для чтения Blu-ray дисков. Крошечные лазеры толщиной в микрон (1/100 толщины человеческого волоса) уже сейчас могут использованы для создания нового поколения микроскопов.
Так почему же нельзя просто заменить кремний на GaN? Ответ прост — колоссальная индустрия, десятилетие производящая технологии на кремниевой основе. Такой глобальный переход не может быть осуществлен в кратчайшие сроки. Кроме того, новый материал постоянно приходится тестировать на надежность. Ван отмечает, что у нитрида галлия есть и свои слабые места, и стоит исследовать их все, прежде чем запускать массовое производство носителей на нитридной основе.
Специалисты Anker уверяют, что хоть кремний и дешевле GaN, зарядным устройствам на базе последнего нужно меньше компонентов для полноценного функционирования, что уравнивает оба материала. В настоящее время многие стартапы работают над развитием этой технологии, а значит в 2020-е годы у человечества есть шансы выйти из кремниевой эры и войти в эру нитрида галлия.
Источники:
Спустя четверть века GaN входит шире чем светодиоды и лазеры.
Комментарии
GaN это оптоэлектроника+СВЧ/КВЧ В принципе там дорого сами слои наносить а не галлий, когда у вас высокая чистота кремния это дорогой материал.
Выращивать его на сапфире можно, прозрачном материале, lift-off, оптический скол активной части с сапфира, я сам делал лет 20 назад, т.е. можно иметь вертикальную помимо в пространстве оптическую коммуникацию, реально же под некоторыми углами. Выращивание сапфиров в СССР было хорошо поставлено посему проблем не будет.
Что можно иметь. Можно иметь полностью оптически связанный массив из десятков пластин как чип а оный в как я предлагал шарик с определённой системой охлаждения примерно 1кВт на теннисный мячик, бо криогеника, тут попроще можно снять больше мощности, с десяток киловатт с мячика для большого тенниса - это будет собственно минисуперЭВМ работающая на частотах порядка 10-50ГГц элементарные процессора и с шинами терабитного уровня, всего кристаллов 64-128 или штук 16 модулей. В том что предлагал ввиду ограничений технологии 1,5х6мм кристаллики и их примерно сотня но и частота первые сотни ГГц, постполупроводниковая электроника, 2000-2002 год имей качественную EUV/МРИ было бы возможно в серии к концу 2000-х годов и не позднее 2011 порядка 5нм логический вентиль при неровности края 0,3-0,5нм, грубо 2 атома. Криогенные температуры разумеется. Одной из особенностей моей логики было то что не было связи электрической от слова вообще вне рамок локального чипа, даже питание предполагалось с 2002 лазерами и прочим подавать, отсутствие невозвратного перемещения носителей снимало ряд вопросов, например оказалось что высокая устойчивость к внешним полям (элементы довольно чувствительны, прямое питание логики требует определённых мер буферизации) как и т.к. по работа в ядерной геофизике хорошона практике знал что такое радиационные эффекты в дискретных и микросхемах то изначально ставил вопрос обойти данные препоны.
Никому это не нужно в ФТИ было а то что нужно всё укатили в США, Германию Израиль, Японию и Корею. Эта структура на них работала, выживала за счёт грантов - в Москве дележом собственности и новые бурундуки занимались покупкой яхт а не перспективных технологий развитием. Потом часть бурундуков быстро почему-то умерла т.к. перестали быть нужными а знали много их счета ук Ротшильдам и прочим рокфеллерам ушли. Как и знания через тот же соросовский фонд, фонды US AF, NAVY, минэнерго США.
В СПб стараниями прежде всего настоящего Физика и Технолога Петра Сергеича Копьёва хотя бы дискретные элементы стали производить. Чего это ему стоило знает он один.
Можно сейчас иметь 90нм с приёмкой 9. Можно получить вертикальную условно и под дискретными углами оптическую коммутацию недоступную как по связности так и пос корости для электронных систем на платах да в чипе также.
Сейчас отставание примерно на 10-12 лет от того что могли бы иметь. Делать разве для узких применений имеет смысл - идти далее чисто оптические проектанты не понимают ряда вещей, понятных в 2000-м и чуть позднее мне и старшему коллеге - Денисюку, бездиссипативная чисто оптическая логика - не не слышали, о работе на физическом вакууме в смысле Дирака по-вашему по-моему на свойствах пространства нет и речи, потеряно СЕМЬ лет и у вас нет других источников получить кроме меня.
Ты болен, прими это
Шизофрения это болезнь. Она лечиться.
Просто надо принять 3 фактора
1. Признать проблему
2. Надо лечиться
3. Надо верить в результат
Нитрид галлия имеет сейчас хреновейщую экономику. И будет иметь её гораздо хуже, чем у кремния, по вполне физиологическим причинам.
Размеры блоков питания давно никого, кроме военных, не интересуют. Ну, будет блок питания на 30% меньше, но в 3 раза дороже, чем на кремнии, что с того? Остальное-то устройство, которое этим блоком питают, не изменится.
На кремнии неудобно делать оптическую коммутацию, хотя сам материал отработан. Возится опять с кучей проблем с электрическими сигналами пртим что рисовал то что потом изралиьтянами было применено отчасте и в Lenslet EnLight256 - увольте это копролит динозавра будет.
Даже на полупроводниках можно иметь производительность на дм3 выше чем сейчас примерно в тысячу раз. На оптике ещё на несколько порядков а вот на пространстве можно иметь с большей разницей чем проектирующийся компьютер имеет разницы с механическим калькулятором/человеком. Это не порядки а первые десятки порядков даже без квантовых как принято сейчас вычислений. Ряд вещей вы никогда не сможете посчтитать оптикой и речи нет об электронике. У американцев создание таких систем с квантовой логикой определяется требованием просчитывать воздействие и трассы для машин времени/изменения реальности. Это вам не ядерное оружие устаревшее. Проекты имеют многомиллиардные финансирования как минимум лет пять как.
Оптическую коммутацию полезно делать только в целях оптической коммутации. Конечно, есть такая сладкая штука, как двумерное оптическое фурье-преобразование, но он имеет шибко узкую область применения.
Есть и другие причины так делать от связности нейронов до связности кубитов.С одним и тем же числом элементов при определённых условиях машины будут иметь намного более высокие характеристики вычислителя.
Эти условия пока хреново разработаны, а так, да, могут иметь, теоретически.
На железе лет 35 назад доказано.
35 лет назад кремниевое железо было маленько не то, что теперь.
Это не отменяет скорости обработки данных и тем более скорости потоков, ЗУПВ характеристики - предъявив кусочек кадра из фильма вы можете как кадр в фильме мгновенно получить так и прочее- задержки могут быть менее доли нс, электроника такое не потянет и в ближайшие лет 10. Да и намного сложнее.
Задержки по наиболее интересным системам могут обеспечивать экзафлопные, специализированные как минимум, вычисления в кармане.
Это только часть требуемого. В наше время нужны флексибилить и скалабилить, а с этим делом у фотонных пока плохо.
Если у вас запас мощности десятки процентов или разы то не потребуется. Связь опять же высокоскоростной ВОЛС, там никакая 10Гбит шина не покатит - слишком медленно.
То что я предожил студентом позволяла в 1994, в 1994-95 реализовал Ушаков с каф полупроводников и наноэлектроники Политеха иметь 16 каналов по 8 в каждом. Предусматривалось требование передачи минимум на 30км с увеличение в большую стороноу. Мной была прикинутс схема усиления при солитонном сигнале и специальном волноводе активном с возможностью трансокеанских расстояний передачи без усилителей. Для такого типа с учётом разных частот насколько знаю - впервые в мире. На короткие там и тысячи можно было пускать с физ разделением. Схема работала и была показана двум лицам из "Электросвязи". Предусматирвалась связь на ЛЭП с подпиткой (я свои системы предложил Ушаков, свои - естественно у него получше по размерам были, опыт знаете ли) и термоконтролем. С дельтой температуры до 100С. В Электросвязи фыркнули - на платить за сертификацию просто нечем было, купили Нокию и они у них помёрзли вскорости.
Американцы в мелкую серию пустили в 1997 а Ростех кажется в 2020 или годом ранее запатентовал на 1024 с тем же принципом ни я ни Ушаков естественно в патенте не упомянуты - всё что нужно знать про текущую власть и её отношение к создателям новой техники.
// схема усиления при солитонном сигнале
Слишком мало пропускной способности. Сейчас на трансатлантике сплошь ставят 200 Гбит/с на канал, 80 каналов в волокне, итого 16 Тбит/с на пару волокон. Наличие усилителей всем пофиг, они стоят копейки и практически никогда не ломаются.
Что касается местных линий, то 800 Гбит/с на канал - уже полтора года на рынке.
Такой шланг легко ищется, тот что я предлагал в 1995 и 1992-93 несколько другой вариант, радиопрозрачен, почти полностью акустически незаметный. Нет ни грамма металла. Нет усилителя на который импульсов извне можно воздействовать и многое другое. Для воздействий вам надо иметь очень специальную аппаратуру или рвать кабель место обрыва коего с точностью приличной сразу определяется и туда отправляется ракета с определённой нагрузкой. Сильно не уверен что вы имеете подобные кабеля и сейчас, то чт в фирмах и на выставках видел это уровень 1990-х годов лабораторий максимум.
Ссылку конкретную не дадите как они 200Гбит/с на канал при 80 каналах (это по 40 на окно примерно) гонят с одним усилителем через Атлантику. И что этот усилитель копеечное устройство как и не может быть вырублен рядом методов.
Есть тут некоторые. Правда, в этой ссылке не про Атлантику, а ажник про Тихий океан.
https://www.ciena.com/about/newsroom/press-releases/Hawaiki-Selects-Cien...
Насчёт одного усилителя идея интересная. Небось, прямо из Астрала пришла?
Нет, внимательно читал между строк. Что-то сам придумал. К примеру формирование линз/волновых пластинок, где как, на торцах волокна литографическим способом вместо дорриков. Мужик уехал который было собирался тут делать их - это было его волокно, лазер и мои идеи, быстро в США и по моим данным у Гапонцева работал на IPG Photonics. Были и другие. Вопросом ввода в волокно занимался со 2 курса Политеха.
У Гапонцева достижений с системами передачи маловато. Его главная ниша другая.
Лазерными системами IPG от лазеров для ВОЛС до лазеров боевых занимается. Причём по последним нескольких стран сразу. Кооперативно.
Для справки - кларк кремния - 28%.
С козырей сразу? Ну-ну…
Это не так важно, на самом деле.
Для критичных применений галлия точно хватит. Задача же не стоИт транзистор с Луну построить или целиком её электроникой набить.
У Человечества размах куда скромнее, не планетарный. :) А галлий - побочка от производства алюминия, которого производят всё больше.
Тем более нет необходимости всё делать только на нитриде галлия, выгодно на них делать только определённые компоненты, часть компонентов вполне себе точно так же будет работать и на кремнии без ущерба для всего и вся, а часть и на карбиде кремнии будет удобна и выгодна.
Ну а какая то остальная часть на вакуумных и ионных приборах.
Я с Вами полностью согласен - узкий местный прорыв. Я против этой фразы:
Не то что "против".
Пора уже в 21 веке всем начать относиться к высерам западных "экспердов" должным образом - т.е. не замечать их вовсе.
Надеюсь , благодаря Дан Цин Ван , в Китае осведомлены о подробностях новой технологии и новая эра в Китай придёт раньше , чем в США. А там и Хуавей восстанет из пепла.
КПД транзисторов на карбиде кремния 95-97%. В силовой электронике размер
имеетне имеет никакого значения. БП ноутбука это не силовая электроника. У меня ВСЕ!!!!!Понятия "КПД транзисторов" в природе не существует.
https://www.electronics.ru/journal/article/754
Спасибо. Такие буквари я пишу сам, в свободное от основной работы время.
Извините, о великий гуру, что обидел Вас своим комментарием. Прошу впредь не обращать внимание на мои не достойнейшие Вашего взгляда высказывания. А сейчас не пошли бы вы козе в трещину?
Окстись, охальник!
Имею пару зарядных на GaN от Baseus уже скоро как год. Так что Anker тут совсем не первооткрыватель, а обычный виртуальный бренд (как и Baseus, впрочем).
Работают неплохо, но греются аццки. Поддерживаются всевозможные протоколы быстрой зарядки (реально работает). В сухом остатке - не особо оно стоит разницы в деньгах.
Раз греются, то КПД хреновый, как не крути
GaN-ключи могут работать при бОльших температурах, поэтому устройство целиком можно сделать меньше, а корпус - горячее. Тепла отводится столько же (или меньше), просто при более высокой температуре с меньшей площади.
КПД таких игрушек можно вогнать в 98-99%, просто габариты меньше, и рабочие температуры выше, вот никто и ненапрягается.
Физику процесса для того менять нужно, сверхпроводящие системы если приличные мощности гелиевые или водородные температуры, иногда ВТСП 3 поколения ленты годятся для катушек.
ТС, зачем вы публикуете статьи про то, в чем совсем не разбираетесь?
Исключительно чтобы вас послушать
Ну раз вы такой специалист, прокомментируйте первую картинку из вашего поста - про что она? И какое отношение имеет к электронике и к статье в целом? Про цифры из таблицы (545 эВ Eg алмаза) и картинку из которой можно подумать что в ходу уже 600мм кремний цензурных слов нет.
Кстати, да. ПолкЭва ЗЗ - это крутой заход. %)
Очевидно, что энергия связи ещё выше... то есть, меньше чем 5++ миллионов градусов алмаз не плавится. :) Благодатный материал. :)
Ну, по сути-то... ну без обид, реально...
Даже со всеми скидками на популяризацию и кривизну перевода...
Ну это же жесть. Это даже не по-русски "прямое следствие того... насколько хорошо"(с).
Да я ни на что не претендую. Пишите, что тут неправильно. Внимательно и с удовольствием почитаю.
Оно не то чтоб всё совсем неправильно, оно просто настолько криво написано и настолько бессмысленно привязано к пиару конкретной фирмы, что тут нет смысла придираться к конкретным местам. Оно всё криво. Диагноз "ушиб всей бабки"(с)один врач из травмапункта.
С нитридом галлия работают давно и много: блин, это же (почти) все светодиоды - арсенид/нитрид галлия/алюминия. В России несколько фирм с ним работают - это же элементы АФАР, на кремнии миллиметровый модуль фиг сделаешь. Преимущества для импульных преобразователей очевидны, и первые сделаны не вчера и даже не 10 лет назад. Вон, у Эппла уже несколько лет зарядки и преобразователи в ноутах с нитрид-галлиевыми ключами: так легче и компактнее.
Ну вот взять абзац, который особо раздражает дебильной бредовостью (там всё дебильно, но вот такие вещи)... Ну что, блин, за "запретная зона"?
Запрещённая зона. По-русски это "запрещённая зона", термин такой для диапазона энергий, в котором нормально электрон в кристалле не может находиться.
Нет, бжлд, это не "прямое следствие того, насколько хорошо они могут проводить электричество". Не прямое, и вообще не следствие. И по-русски так может сказать только инвалид умственного труда, погоревший на переводах. У металлов нет запрещённой зоны, она нулевая, при любой температуре там есть свободные электроны, именно поэтому они и проводят электричество так хорошо.
Запрещённая зона - если уровень Ферми (при данной температуре) внутри неё или ниже - вообще не даёт появиться в нормальном не-допированном материале свободным носителям заряда. Она связана с электрической прочностью материала, но не с проводимостью (тут можно говорить об обратной корреляции, но с такими оговорками, что лучше бы не говорить вообще).
Подвижность носителей (что для полупроводников важнее чистой проводимости!) - это вообще отдельный вопрос. И да, она хороша для нитрида галлия, но только у электронов (вообще у всех A3B5 с подвижностью дырок говёно, что и закрыло им путь в цифровую технику - не получается нормально реализовать комплиментарные схемы, а они очень удобны, технологичны и экономичны). 30-40 лет назад все предсказывали и мечтали, что скоро, мол, "кремний всё", а скоростные компы будут на арсениде галлия (и даже "первые ласточки" были - какие-то из суперкомпов "Крей" собирались на ТТЛ и даже ЭСЛ-арсенидгаллиевой логике). Кремний всех заборол из-за возможности простого формирования КМОП-структур.
Нет, на новом витке возвращение какого-то A3B5 "в цифру" тоже малореально, ибо с КМОП ничего не изменилось, и более того - стало хуже, потому что в на современных техпроцессах транзисторы уже достаточно мелкие, чтобы значение имели небольшие разницы в сложности допирования и формирования контактов.
Даже в радиационно-устойчивых применениях, где арсенид (и нитрид) галлия имеют огромные естественные преимущества (в том числе по причине ширины зоны), они не заменили кремний. Мышки колятся, плачут, извращаются, чтоб сделать кремний радхардом, но продолжают жрать этот кактус. Потому что по совокупности причин, кремний настолько лучше, что лучше кремний 1000км с пятью пересадками, чем километр, но весь километр - раком.
___
Итого.
Нитрид/арсенид галлия - сверхперспективные материалы, но у них есть ниша, которая определяется а) отсутствием в схемотехнике значимого количества или просто критичных ключей с дырочной проводимостью, б) относительной простотой и большими размерами структур. То есть - СВЧ-блоки всех видов, критичная силовая электроника, ключи в высокочастотных преобразователях, частично радхард. Отдельно - высокоэффективная оптоэлектроника: светодиоды (в том числе сверхлюминесцентные и лазерные), где этим материалам альтернативы пока просто нет и солнечные батареи, где нитрид-арсенид галлия-алюминия во всех сочетаниях держит абсолютные рекорды эффективности (49% КПД сейчас).
Это большая и ОЧЕНЬ важная ниша. Но она не перекрывает применения кремния. По крайней мере пока и на всё сколь-нить обозримое будущее.
Коротенько:
- первая картинка про магнитную память на GaN:Mn (стадия научных исследований, к кремниевой электронике ни разу не родственник)
- блоки питания на GaN транзисторах на ali продаются года 2 как, про выигрыш в КПД ничего не скажу (на это всем в БП плевать), просто рабочая температура для GaN выше, соответственно можно обойтись одним чипом на большую мощность
- табличку с параметрами полупроводников можно повесить в сортире (я искренне надеюсь что это проблемы при наборе данных в журнале КиТ) - подвижность электронов в GaAs 85 см2/Вс, ТБМ
- картинка с размерами подложек может ввести в заблуждение (где это водятся Ga2O3 подложки 150мм? Да и с кремнием 450 мм все не так хорошо, а там аж перспектива в 600мм)
Да там ещё и старые песни об алмазах, до кучи. Ну, шо взять с совремённой научпоп статьи?
ВладиславЛ придэ и порядок навидэ!
Нормально. Тут все пользователи такие - макроэкономисты, геополитики, иммунологи и специалисты по вирусам и геному. Я уже не упомнаю кватовую технику и общую терапию, все разбираются поголовно.
И, в конце концов, ждём ваш аргументированный комментарий по теме!
Думаю, не дождёмся. Сколько тут уже было специалистов, начинающих выкриком: "Прекратите немедленно писать ЭТО!..." после чего уходящих с чувством выполненного долга и напрочь игнорирующих просьбы показать "как надо"...
Иногда реально проще выкрикнуть и уйти. :)
Ну реально, есть же учебники по электронике и ФТТ - не пересказывать же их, да и кому по сути это интересно? :) КОму интересно, тот давно учебник почитал. :)
прочитал... и умер лет сто назад. Теперь оне не читают первоисточники...
Теперь оне "глобально" мыслят... Пошёл в сартир и оп-па! Мысль!
Страницы