Urządzenia konsumenckie otworzą elektronikę na GaN

Za szczególnie perspektywiczny uznaje się GaN, bo obszar zastosowań jest w jego przypadku bardzo szeroki, a dla wielu nadchodzących technologii profesjonalnych i konsumenckich elementy na nim bazujące postrzegane są jako kluczowe dla rozwoju rynku. Oczywiście materiały azotkowe nie są niczym nowym. Ich właściwości są znane od około 15 lat, a chyba wszyscy słyszeli termin "niebieska optoelektronika", która jest doskonałym przykładem możliwości, jakie w nich drzemią.

Na rynku są już dostępne podzespoły z GaN i SiC, i to w coraz większym asortymencie oraz niższych cenach, a liczba producentów, którzy zajmują się tą tematyką, sięga dzisiaj co najmniej kilkunastu. Samych tranzystorów w.cz. jest już około 600, a razem z elementami mocy asortyment sięga 1000 typów. Wzrost rynku i pojawiające się jak grzyby po deszczu nowe konstrukcje bazują na tym, że producenci opanowali nakładanie cienkich warstw GaN na podłoża krzemowe oraz z SiC i tym samym ceny elementów przestały odstraszać.

Mimo znakomitych perspektyw i pokonania największych trudności związanych z zapewnieniem tanich, dużych i dobrych podłoży, wielkiego potencjału aplikacyjnego, przewagi w zakresie parametrów, nadal brakuje dla nich masowego zastosowania. Na razie GaN i SiC mają charakter niszowy, a więc ograniczony głównie do transportu, systemów zasilania dużej mocy i zaawansowanych aplikacji przemysłowych, oraz także pośrednio do obszaru optoelektroniki (LED) jako związki półprzewodnikowe z indem lub glinem. Analitycy z Yole Developpement są zdania, że w ciągu najbliższych lat omawiany obszar będzie się na tyle szybko rozwijać, że elementy GaN i SiC stracą swój niszowy charakter.

W każdym segmencie rynku, gdzie będą aplikowane, nastąpi rozwój, ale motorem będzie elektryczna motoryzacja, telekomunikacja piątej generacji oraz elektronika konsumencka. Pierwsza wydaje się naturalnym odbiorcą półprzewodników dużej mocy tego typu i patrząc na rynkowe trendy, nie można uznać jej za zaskoczenie, kolejne dwie są nieco zaskakujące, ponieważ dotyczą urządzeń powszechnego użytku. Kołem zamachowym dla rozwoju ma być właśnie sprzęt popularny.

Warto się przez chwilę zastanowić nad tym, jakie aplikacje będą korzystać z półprzewodników z GaN w tym obszarze i nietrudno dotrzeć do informacji, że po prostu chodzi głównie o smartfony i urządzenia mobilne. Ich producenci starają się walczyć o klienta funkcjonalnością, ale wymyślenie czegoś przełomowego nie jest łatwe. Stąd niedawne zakończenie prac nad standardem 5G staje się wydarzeniem, które może w niedalekiej perspektywie tchnąć nowe życie w branżę telekomunikacyjną, a przy okazji w półprzewodniki z GaN, które są w stanie stawić czoło wyśrubowanym wymaganiom klientów.

Drugi obszar, który zawojują GaN-y, to zasilacze dla sprzętu mobilnego, a więc telefonów i laptopów, które na razie opierają się miniaturyzacji. Rozwiązania bazujące na GaN mają szansę być znacznie mniejsze i zapewniać większą wydajność energetyczną. Specjaliści szacują, że dla tej samej objętości moc wyjściowa wersji na półprzewodnikach azotkowych może być nawet 3-krotnie większa niż tradycyjnych. Zasilacz wielkości pudełka zapałek zapewni powyżej 25 W, przy 98-procentowej sprawności i pozwoli naładować telefon w kwadrans. Niewiele większy wystarczy do laptopa, a w ogóle to celem jest, aby użytkownik miał jeden mały zasilacz do wszystkiego.

Dla wielu użytkowników urządzeń mobilnych wydajna i lekka ładowarka ze złączem USB-C może okazać się wystarczającym przyczynkiem do wymiany sprzętu na nowy. Lata 2020–2030 mają szansę stać się złotym okresem dla komponentów azotkowych i miło mi ogłosić, że kolejna rewolucja w elektronice właśnie się zaczyna.

Robert Magdziak