A szilíciumnál kisebb chipeket hozhat a galliumnitrid

Az eddig meghatározó szilíciumot felválthatja a galliumnitrid. A Fraunhofer Társaság Szilíciumtechnológiai Intézete (Isit) galliumnitrid (GaN) felhasználásával csökkentené a chipek méretét. Mindez több helyet eredményezhet az elektromos gépkocsikban.

Holger Kapels, az intézet munkatársa a miniatürizálás szakértőjének számít és szeretné jelentős mértékben lecsökkenteni a különböző alkatrészeket. Kapels közölte, hogy a a céljuk az, hogy a jövőbeli chipek tízszer kisebbek legyenek a jelenlegieknél, de azokkal megegyező tulajdonságokkal rendelkezzenek. Ennek a megvalósításában a galliumnitrid segíthet, amely néhány éven belül akár le is válthatja a mikroelektronikában a szilíciumot.

A 47 éves szakember egy kisebb csapattal közösen kutatja a galliumnitridre épülő félvezetőket. Kapels úgy vélte, hogy a szilícium elérte a fizikai határait, ezért már nem lehet az arra épülő chipeket a végtelenségig miniatürizálni. Ahhoz, hogy a chipek kisebbek legyenek, új anyagokra van szükség. Az új anyagok egyike a galliumnitrid, amellyel jelenleg két probléma van. Az egyik, hogy a szilíciumnál sokkal nehezebben dolgozható fel, míg a másik, hogy még jóval drágább annál. Azonban Kapels számításai alapján néhány éven belül normalizálódnak majd az árak, ráadásul a galliumnitrid jobb tulajdonságokkal rendelkezik, mint a szilícium.

Egy galliumnitriddel bevont ostya nagyobb feszültségeket és áramerősségeket is kibír, s ezzel párhuzamosan sokkal kevesebb hőt ad le. A technológiát már alkalmazzák a Blu-ray adathordozóknál, a LED-elemlámpáknál és a lézereknél, a jövőben pedig a notebookokban, a szélkerekekben, fotovoltaikus berendezésekben, a vonatokban és az elektromos autókban is megjelenhet. Az előnyök között van, hogy a galliumnitirdből készült chipek kevésbé melegszenek, ezáltal az élettartamuk is nő. A galliumnitridet ugyanakkor most még csupán néhány intézetben kutatják. Kapels és kollégái azt szeretnék, ha az egyes alkatrészek addig üzemelnének, mint egy szélkerék, vagyis akár 20 vagy 30 éven át is működnének.

A galliumnitriden alapuló félvezetők úgynevezett laterális struktúrákkal rendelkeznek, amelyeknél az áram csak a felszínen áramlik. Amennyiben viszont az áram függőlegesen áramlik, akkor sokkal jobban kihasználja az anyag tulajdonságait. Az Isit a következő három évben ötmillió eurót fordít az ilyen struktúrák kifejlesztésére. Amint Kapels hangsúlyozta, ezen a területen a német és a japán kutatók között komoly versenyfutás alakult ki. Az Isit szakemberei által megalkotott félvezető mérete mindössze 10 négyzetmilliméter és a feladata a kisméretű trafók vezérlése. A kutató elmondta, hogy a megoldás jelenleg nem több egy ki- és bekapcsoló gombnál. Az egyetlen különbség, hogy a galliumnitrides megoldás másodpercenként akár több tízezerszer is használható.

Fontos változás lehet a jövőben, ha a szilíciumra épülő mostani nagy és nehéz hálózati egységeket kiválthatják a kisebb galliumnitrides termékek. Kapels szerint a fejlesztéseknek köszönhetően a jövőben a hálózati egységeket közvetlenül a csatlakozókba lehet majd integrálni. Mindez akár a notebookok és más eszközök, később pedig az elektromos járművek esetében is megvalósulhat. A kisebb galliumnitrides chipek könnyebb autókat eredményezhetnek, miközben nőhet az utastér. Az Isit kutatói 2019 végéig akarják elkészíteni az első prototípust.