Gallium Nitride – Vật liệu sẽ thay thế Silicon trong ngành công nghệ tương lai

Thung lũng Silicon liệu sẽ được thay tên thành Thung lũng Gallium Nitride?

Anker mới đây đã giới thiệu một dock sạc mới, có sử dụng vật liệu Gallium nitride (GaN) để chế tạo thay cho Silicon truyền thống. Đây là sản phẩm mới nhất làm ví dụ cho tầm quan trọng của Gallium nitride với Thế giới công nghệ trong tương lai, trong quá trình giảm lượng điện tiêu thụ toàn cầu.

Trong nhiều Thế kỉ, Silicon đã là xương sống của ngành công nghệ, nhưng tới nay chúng ta đã đi đến giới hạn của những gì vật liệu đó có thể làm được. Theo tiến sĩ Danqing Wang của trường đại học Harvard, mỗi vật liệu đều có một giới hạn dẫn điện, và giới hạn này của GaN rộng hơn so với Silicon, giúp nó chịu được nguồn điện cao hơn. Áp dụng lí thuyết này, ta có thể đưa nhiều điện đến các thiết bị công nghệ một cách an toàn, giống như những gì Anker đã làm với dock sạc của mình.

Tiến thêm một bước nữa, nếu áp dụng GaN vào các thiết bị điện tử thì sẽ có hiệu năng cao hơn so với Silicon. Theo tiến sĩ Wang “Ta có thể làm ra các thiết bị hiệu suất cao, hoặc các thiết bị có khả năng xử lý mạnh mẽ mà không thay đổi kích thước”. Ước tính, nếu thay thế toàn bộ thiết bị điện tử với vật liệu GaN ta có thể giảm lượng điện tiêu thụ khoảng 10 – 25%.

Hơn nữa, vì GaN có thể chịu đựng được nhiệt độ cao hơn nên các thiết bị có độ bền cao hơn, sử dụng ở các môi trường khắc nghiệt. Ví dụ như hiện nay, các thiết bị điện tử trên xe ô tô phải đặt cách xa động cơ vì lo ngại về nhiệt, nhưng nếu làm chúng bằng GaN, ta có thể thay đổi thiết kế trên ô tô, tạo ra các sản phẩm thế hệ mới.

Hiện vật liệu này mới được sử dụng rộng rãi trong 2 ngành công nghiệp: lazer và quang lượng tử. GaN là một trong những vật liệu hiếm hoi phát ra tia sáng xanh, taọ tiền đề cho việc phát triển công nghệ Blu-rays. Đội của tiến sĩ Wang cũng đang phát triển đèn LED GaN với kích thước 1/100 tóc của người, chỉ có thể nhìn bằng kính hiển vi.

Nhưng điều gì ngăn cản mọi người sử dụng GaN để thay thế cho Silicon? Câu trả lời là công nghệ làm Silicon đã có lâu đời, việc phát triển vật liệu này đã có hiệu suất cao nên khi phải làm đồ bằng vật liệu mới sẽ tốn thời gian thử nghiệm và kiểm thử. GaN cũng không phải là vật liệu hoàn hảo, vẫn có lỗi có thể gây hỏng hóc.

Hiện đã có nhiều cơ sở thử nghiệm phát triển tinh thể GaN bên cạnh việc sản xuất sản phẩm bằng Silicon để sử dụng vật liệu mới trong tương lai. Theo Anker, thì giá nguyên liệu thô GaN cao hơn Silicon, nhưng thiết bị điện tử làm bằng vật này có ít thành phần hơn, nên giá cuối cùng lại thấp hơn.

Các hãng làm vi xử lý bán dẫn lớn như Texas Instruments và Nexperia cũng đang thử nghiệm với GaN, cùng với đó là rất nhiều những nhà sản xuất nhỏ lẻ nữa. Nhưng ta vẫn chưa thấy được tầm ảnh hưởng của nó tới ngành công nghệ. Những dock sạc này chỉ là bước đầu, trong tương lai GaN sẽ còn được áp dụng cho các ngành như xe ô tô, quang điện và cả sản xuất smartphone.

Theo Genk