واحد خبر mobile.ir : در طی چند دهه گذشته، یک عنصر شیمیایی مهم، نقش بزرگ و غیر قابل انکاری را در صنعت الکترونیک برعهده گرفته تا جایی‌که جایگزین کردن کامل آن هنوز نیز متصور به نظر نمی‌رسد؛ سیلیکون یا سیلیسیم، عنصری از خانواده شبه‌فلزات با عدد اتمی 14 است که یکی از فراوان‌ترین مواد در پوسته زمین بوده و از آن برای ساخت ویفرهای سیلیکونی در صنعت نیمه‌هادی‌ها استفاده می‌شود. سیلیکون با وجود نکات مثبت با محدودیت‌هایی نیز روبروست که محققان را به سوی استفاده از مواد جایگزین سوق داده است؛ گالیوم نیتراید یا GaN جدیدترین دستاورد قابل اشاره در این رده است که از جمله نتایج آن در صنعت موبایل باید به افزایش توان و کاهش اندازه شارژرها اشاره کرد.

یکی از اولین گام‌ها در زمینه جای‌گزینی سیلیکون با GaN را شرکت چینی Anker فعال در زمینه ساخت لوازم جانبی الکترونیکی از جمله شارژر و پاوربانک برداشت؛ شارژر USB-C این برند که درست در چنین روزهایی در سال گذشته معرفی شد دارای توان 27 واتی بوده و در مقایسه با همتایان خود بسیار کوچک‌تر و ظریف‌تر به نظر می‌رسید. این شارژر که به طور کامل PowerPort Atom PD 1 نام دارد از نظر ابعاد و اندازه با شارژرهای 5 واتی درون جعبه آیفون‌های پیشین اپل قابل مقایسه است اما با ارائه توان 27 واتی بسیار قدرتمندتر ظاهر می‌شود.

دانکینگ وانگ (Danqing Wang) دانش‌آموخته دانشگاه هاروارد و از افراد دخیل در تحقیقات مرتبط با GaN در رابطه با این فناوری جدید می‌گوید: «برای دهه‌ها سیلیکون ستون اصلی فناوری در این صنعت بوده است اما در حال نزدیک شدن به یک محدودیت نظری در این رابطه که به چه میزان می‌توان آن را بهبود بخشید، هستیم». مارتین کوبال (Martin Kuball) فیزیک‌دانی از دانشگاه بریستول و مسئول پروژه‌ تحقیقاتی دیگری پیرامون GaN، از جنبه متفاوتی به این موضوع پرداخته و از محدودیتی به نام band gap (شکاف باند) که به خاصیت رسانایی الکتریکی مواد اشاره دارد، سخن به میان می‌آورد؛ به گفته کوبال این متغیر در ترکیب GaN بسیار بالاتر از سیلیکون است که این معنایی جز امکان تحمل ولتاژ بالاتر و عبور پر سرعت‌تر جریان از این ماده جدید ندارد.

بدین‌ترتیب با توجه به موارد اشاره شده، تجهیزات الکترونیکی ساخته شده با فناوری GaN در مقایسه با همتایان سیلیکونی خود کاملا بهینه‌تر بوده و انرژی کمتری را مصرف و اتلاف می‌کنند. این تجهیزات حالا می‌توانند بسیارکوچک‌تر از گذشته ساخته شوند یا این‌که در فضای مشخص، توان بسیار بالاتری را ارائه کنند. اهمیت این موضوع به اندازه‌ای بالاست که در صورت جایگزینی همه تجهیزات الکترونیکی حال حاضر جهان با نمونه‌های مبتنی بر GaN، مصرف انرژی می‌تواند مابین 10 تا 25 درصد کاهش پیدا کند. از این گذشته با توجه به مقاومت بالاتر GaN در مقابل درجه حرارت، با استفاده از آن می‌توان طرح‌های جدیدی را در محیط‌های خاص و پیچیده پیاده‌سازی نمود که از جمله روشن‌ترین مثال‌ها در این زمینه باید به صنعت خودرو و تجهیرات الکترونیکی آن اشاره کرد که در حال حاضر با توجه به حساسیت سیلیکون با حداکثر فاصله از موتور خودرو قرار می‌گیرند اما در آینده با استفاده از GaN‌ می‌تواند طراحی ماشین‌ها را متحول سازد.

GaN با این‌که در زمینه تجهیرات برقی دیوایس‌های الکترونیکی، عضوی تازه‌وارد به حساب می‌آید اما از حضور فعال آن در یک صنعت نزدیک و مرتبط دیگر یعنی تجهیزات نوری و لیزری، مدت‌ها می‌گذارد؛ GaN یکی از معدود موادی‌ست که از خود نور آبی متصاعد می‌کند و از این رو از آن برای لامپ‌های LED و برای خواندن دیسک‌های بلو-ری نیز استفاده می‌شود. دانکینگ وانگ و تیم دانشگاه هاروارد بر پایه همین قابلیت، موفق به ساخت لیزرهایی به اندازه یک میکرون (یک صدم ضخامت موی انسان و غیرقابل مشاهده با چشم) شده‌اند که برای ارتقاء دقت میکروسکوپ‌ها به کار گرفته می‌شود.

GaN با وجود همه نکات مثبت هنوز راه سخت و دشواری برای کنار زدن سیلیکون و حضور در دیوایس‌های الکترونیکی مصرفی کاربران در پیش رو دارد؛ بزرگ‌ترین مانع در این زمینه به چند دهه حضور سیلیکون، قیمت پایین‌تر و فراوانی این ماده و شاید از همه مهم‌تر، طراحی تمامی تجهیزات کارخانه‌ای برای تولید سیلیکون وابسته است؛ GaN بدین‌ترتیب هنوز ماده جدید و گران‌قیمتی به حساب می‌آید که شاید تا فراگیر شدن آن زمان زیادی باقی مانده باشد. یکی از راه‌کارهای حرکت به سمت GaN به گفته Wang قرار دادن کریستال‌های گالیوم نیتراید روی لایه‌های سیلیکون است که ضمن بهره‌مند شدن از مزایای هر دو فناوری امکان استفاده از تجهیزات کارخانه‌ای فعلی را نیز فراهم می‌آورد. به گفته شرکت Anker با وجود آن‌که فناوری GaN بسیار گران‌قیمت‌تر از سیلیکون است اما در عوض شارژرهای ساخته شده با این فناوری به تجهیزات کمتری نیاز داشته و این موضوع به کاهش قیمت آن‌ها می‌انجامد.

شرکت‌های بزرگ سازنده نیمه‌هادی نظیر Texas Instruments و Nexperia برنامه‌های تحقیقاتی جدیدی را روی فناوری GaN آغاز کرده‌اند و استارت‌آپ‌های مختلفی نیز در این زمینه به فعالیت مشغولند که احتمالا در آینده نزدیک خبرهای امیدوارکننده‌ای از آن‌ها به گوش می‌رسد. فناوری GaN البته همین امروز نیز از حالت نظری خارج شده و جای خود را در کنار یکی از معتبرترین سازندگان اسمارت‌فون‌های دنیا یعنی شرکت Oppo گشوده است؛ اسمارت‌فون جدید Reno Ace این کمپانی که چند روز پیش در روز 10 اکتبر 2019 (18 مهر 1398) به صورت رسمی معرفی شد دارای پر قدرت‌ترین و سریع‌ترین شارژر دنیا با فناوری GaN و توان 65 واتی‌ست که از لحاظ ابعاد و اندازه و بهینه‌سازی انرژی دریچه تازه‌ای را پیش روی این صنعت می‌گشاید.

مارتین کوبال با وجود آن‌که از شارژرهای تولید شده در این صنعت به نیکی یاد می‌کند اما حوزه فعالیت اصلی و محل درخشش فناوری GaN را در ساخت مبدل برای خودروهای الکتریکی و سلول‌های خورشیدی می‌داند.