Департамент энергетики США выделил 70 млн долларов на исследование нитрида галлия
Применение этого материала в осветительной электротехнике и электроэнергетике может снизить уровень мирового потребления энергии на 25 %
В Кембриджском университете и Массачусетском технологическом институте специальные исследовательские лаборатории занимаются изучением применения нитрида галлия в электронике
С тех пор, как в середине прошлого века стала известно о возможности использования полупроводников в производстве электронных приборов, произошла настоящая технологическая революция в области прикладной электроники — гигантский скачок в развитии общества. Наряду с кремнием и графеном (о последнем опубликованы две подробные заметки в этом блоге), другим «выдающимся» материалом является нитрид галлия (GaN).
Wikimedia Commons
Лучшие научные лаборатории ведут работу по изучению этого материала
В Кембриджском университете создан центр по исследованию нитрида галлия (The Cambridge Centre for Gallium Nitride), в котором уверены, что этот полупроводник станет ключевым материалом в производстве высокочастотных и сверхмощных транзисторов следующего поколения, которые смогут работать при высоких температурах. Это лишь одно из направлений работы наряду с многими другими исследованиями, осуществляемыми совместно с университетами и промышленными предприятиями по всему миру.
Фото: Bryce Vickmark (Веб-сайт MIT).
Массачусетский технологический институт (MIT) также выделил значительные средства на изучение этого материала. Томас Паласиос (Tomás Palacios) — ведущий специалист в Лаборатории микросистемных технологий — посвятил докторскую диссертацию нитриду галлия, одному из трех именуемых им «экстремальных» материалов, изучением которого он занимается вместе с рабочей группой (другие материалы — это графен и двухмерные материалы, кристаллы толщиной несколько атомов). Ученые ставят перед собой задачу найти прикладное применение этих материалов в электронике не только для фундаментальной науки, но и для использования в технологиях и продуктах, имеющих практическое значение для общества.
Нитрид галлия выдерживает в 10 раз большее напряжение, чем кремний
Как видно из объяснений самого Паласиоса (молодого, яркого испанского ученого родом из Андалусии) на сайте Массачусетского института, нитрид галлия является «экстремальным» благодаря способности выдерживать в 10 раз большее напряжение, чем кремний, использующийся в большинстве современных электронных приборов. Благодаря этому свойству нитрид галлия является превосходным кандидатом для применения в трансформаторах нового типа, используемых, в частности, в электроэнергетических сетях для преобразования 110 вольт в более низкое или высокое напряжение.
Рисунок: веб-сайт Кембриджского университета. Нитрид галлия — это бинарный сплав полупроводников III/V, имеющий широкую запрещенную зону, благодаря чему он широко применяется для создания светодиодов с девяностых годов (Wikipedia).
Из-за того, что нитрид галлия превосходно выдерживает высокое напряжение, он может быть использован для создания электронных приборов, работающих на значительно более высоких частотах, чем используемые в современных приборах. Например, наши мобильные телефоны работают на частоте нескольких гигагерц (ГГц), а некоторые беспроводные системы — 20, 30 или 40 ГГц. Нитрид галлия позволил бы увеличить эти частоты до сотен гигагерц или даже терагерц. На самом деле уже разработан опытный образец, признанный одним из самых быстрых электронных приборов в мире.
США выделяет 70 млн долларов на изучение нитрида галлия
В мае Департамент энергетики США объявил о том, что планирует выделить 140 млн долларов на проведение исследований в области электронных энергетических систем. Половина этой суммы предназначена для изучения нитрида галлия и возможностей его применения. Объявляя о своих намерениях, представители министерства привели данные исследования, согласно которому применение нитрида галлия как в осветительных приборах, так и в трансформаторах позволило бы сократить на 25 % потребление электроэнергии во всем мире.
Светодиоды на основе GaN завоюют рынок
Нитрид галлия также позволяет расширить спектр действия светодиодов и лазерных диодов до ультрафиолета, что создает множество новых возможностей использования этого вещества в осветительной технике, телекоммуникационном оборудовании и бытовой электроники.
Передвижные осветительные мачты Inmesol используют светодиоды.
Согласно интересному и глубокому исследованию, опубликованному Министерством обороны Испании («Технологии полупроводников GaN и SIC»), весьма вероятно, что к 2025 году светодиоды на основе GaN завоюют рынок и полностью заменят традиционные лампы накаливания.
Источники:
Технологическая обсерватория электроники
Кембриджский центр изучения нитрида галлия: http://www.gan.msm.cam.ac.uk/
Массачусетский технологический институт (MIT)
