Explicado: GaN (Nitruro de Galio) y el futuro de la tecnología que sostiene

En las últimas décadas, el espacio tecnológico ha visto un aumento en la adopción de soluciones de carga rápida. Ya sea en un teléfono inteligente, tableta o incluso laptop, los cargadores rápidos están comenzando a volverse omnipresentes. Mientras que la totalidad de estas ofertas se basa en silicio, la tecnología subyacente está comenzando a evolucionar hacia algo más poderoso, eficiente y compacto. Todo lo cual depende en gran medida del GaN (Nitruro de Galio), un material semiconductor que surgió en los años 90 y desde entonces ha sido investigado continuamente y visto como un posible reemplazo del Silicio, sin mencionar una forma de lograr sistemas más potentes y eficientes con una huella más pequeña. Para entender mejor qué es el GaN y cómo podría sostener el futuro de la tecnología en los próximos años, aquí hay una explicación.

La era del Silicio

Una breve introducción sobre el estado actual de la tecnología: desde la creación de sistemas informáticos complejos, la tecnología central subyacente, que forma un marco para estos sistemas, ha visto cambios y avances que han llevado el poder de computación moderno a donde está hoy, manteniendo la supremacía para diversas demandas.

En la actualidad, la mayoría de las personas serían conscientes de que el elemento esencial en los sistemas modernos, ya sean computadoras, teléfonos inteligentes u otros dispositivos electrónicos modernos, es el Silicio (Si). Un material semiconductor que reemplazó soluciones de generaciones anteriores como el tubo de vacío gracias a sus propiedades eléctricas superiores. Aunque en gran medida, la mayoría de los circuitos, placas base y otros componentes electrónicos que se encuentran en varios dispositivos utilizan Silicio en su núcleo, el material que alguna vez fue popular se está acercando a su punto de saturación.

Para aquellos que no lo saben, la Ley de Moore, que sugiere que el número de transistores en un chipset se duplica cada dos años (mientras que el costo se reduce a la mitad), y representa con precisión el crecimiento de la computación moderna, está cerca de su fin. Lo que esto significa esencialmente es que, en la actualidad, los científicos informáticos parecen haber alcanzado los límites potenciales del Silicio (particularmente con los MOSFET basados en Silicio), donde no parece plausible aportar avances y mejoras significativas o cumplir con la ley de Moore. Sin embargo, la búsqueda de una alternativa al Silicio, que no solo esté a la par sino que sea superior en algunos casos, ha llevado al descubrimiento de un nuevo material semiconductor, el GaN o Nitruro de Galio.

¿Qué es el GaN y qué ventajas tiene sobre el Silicio?

El GaN o Nitruro de Galio es un compuesto químico que muestra propiedades semiconductoras, cuyos estudios se remontan a los años 90. Durante ese período, el compuesto comenzó su camino en componentes electrónicos con LEDs y, más tarde, encontró su camino en reproductores de Blu-ray. Desde entonces, el GaN ha encontrado su uso en la fabricación de transistores, diodos y algunos otros componentes. Y, por lo tanto, por lo que parece, el material parece estar acercándose a reemplazar al Silicio en diferentes verticales.

Uno de los factores distintivos (y más importantes) que separan al GaN del Silicio es un ancho de banda más amplio, que es directamente proporcional a qué tan bien la electricidad pasa a través de un material. Para dar un poco de contexto, el ancho de banda ofrecido por el GaN es de 3.4 eV, que, en comparación con el 1.12 eV del Silicio, es notablemente más amplio. Como resultado, el GaN puede soportar niveles de voltaje más altos que el Silicio y puede transferir energía a velocidades más rápidas. En términos de seguridad, el GaN logra reducir el calor disipado mejor que el Silicio, lo que amplía aún más el alcance de las soluciones de carga que ahora pueden ser rápidas y seguras. En pocas palabras, lo que implican estas ventajas es que el GaN puede ofrecer velocidades de procesamiento más rápidas que el Silicio, mientras es eficiente en el uso de energía, mantiene un factor de forma relativamente más pequeño y mantiene el costo mucho más bajo.

Una razón detrás de la caída en el costo de producción tiene que ver con el hecho de que los componentes de GaN utilizarán los mismos procedimientos de fabricación de silicio que se utilizan en la fabricación de componentes basados en Silicio existentes para su producción. Sin embargo, en este punto, puede notar que los dispositivos de GaN, por ejemplo, los adaptadores de carga basados en GaN, actualmente tienen un precio ligeramente más alto que sus contrapartes de Silicio. Esto se debe a que el costo de fabricación siempre está en el lado más alto cuando se tiene que producir componentes o dispositivos en pequeñas cantidades, a diferencia de los casos en que la fabricación se realiza en grandes cantidades, lo que reduce significativamente el costo de producción. Por lo tanto, una vez que comencemos a ver un aumento en la adopción del GaN en varios componentes electrónicos y tecnologías relacionadas, el costo final del producto final sería considerablemente más bajo que el de las ofertas de Silicio.

Sin embargo, eso no quiere decir que el GaN pueda reemplazar completamente al Silicio. Ya que, al final del día, se reduce al escenario de uso y los requisitos de un sistema. Por ejemplo, el GaN puede no ser una opción ideal para sistemas que, digamos, tienen límites de temperatura bajos o no requieren transferencias de energía más rápidas. Y, por lo tanto, el Silicio seguirá siendo relevante en tales sistemas.

¿Dónde se usa (y puede usarse) el GaN?

La tecnología GaN pronto va a presenciar una inmensa adopción en el espacio de la tecnología de carga. A medida que los teléfonos inteligentes impulsan soluciones de carga más rápidas en sus últimas ofertas, y los clientes parecen apreciarlas, nos estamos acercando a un punto donde más y más fabricantes están buscando adoptar el GaN sobre el Silicio. Esto significa, obviamente, que los próximos cargadores para sus laptops, tabletas o incluso teléfonos inteligentes ofrecerán más potencia (~ 65W), cargarán dispositivos rápidamente y tendrán un tamaño compacto, mientras que también serán seguros de usar. Algunos de los cargadores basados en GaN actualmente disponibles de fabricantes de accesorios de terceros incluyen los de marcas populares como RAVPower, Aukey y Anker, por nombrar algunos.

Si bien, en la actualidad, la adopción del GaN no es revolucionaria, ciertamente parece prometedora en los próximos años. Para empezar, puede esperar que el GaN se introduzca lentamente en el avance y mejora de la red 5G, que algunos expertos sugieren puede ayudar mejor con frecuencias sub-6GHz y mmWave. Sin mencionar, la necesidad de aumentar la eficiencia energética de la red, que la tecnología GaN parece ofrecer mejor que sus contrapartes. Si bien el caso de uso del GaN para 5G es bastante diverso, apenas estamos rascando la superficie en esta discusión. Sin embargo, vale la pena mencionar que el tipo de velocidades de conexión y cobertura que se anticipa con las redes 5G requiere algo similar a lo que promete el GaN.

De manera similar, otro dominio en el que el potencial del GaN puede ayudar con la mejora y el avance, y a su vez, reemplazar al Silicio, son los componentes electrónicos como transistores y amplificadores. Sin mencionar, dispositivos optoelectrónicos, incluidos láseres, LEDs y algunos otros dispositivos electrónicos, que están viendo mucho potencial en el GaN. En tiempos recientes, los investigadores también han descubierto las ventajas potenciales de usar GaN en automóviles autónomos, que dependen en gran medida de LiDAR (Detección y Rango de Luz) para medir distancias entre diferentes objetos.

¿Qué impide que el GaN se convierta en algo común?

Si bien en gran medida, la tecnología GaN parece prometedora cuando se trata de ofrecer más energía y velocidades más rápidas a un costo reducido y un tamaño compacto, todavía hay muchas incertidumbres y complejidades que deben abordarse, que la retienen de reemplazar al Silicio en varios verticales. La más grande de las cuales está relacionada con su adopción en el desarrollo de MOSFETs que compiten cara a cara, si no mejor, que los basados en Silicio. Sin embargo, se están llevando a cabo estudios para encontrar una manera de introducir el GaN en la producción de MOSFETs y otros campos para el mejoramiento del futuro de la tecnología durante los últimos años. Así que no debería pasar mucho tiempo antes de que comencemos a ver al GaN abrirse camino en productos de consumo convencionales.