GaN – Bí mật về chiếc ‘chìa khóa tương lai’ của thị trường di động

Có thể bạn chưa được nghe nhiều về Gallium Nitride (GaN), nhưng nó là loại công nghệ đang ngày càng trở nên quan trọng hơn, đặc biệt trên lĩnh vực smartphone.

Chất liệu bán dẫn thế hệ tiếp theo này nhiều khả năng sẽ hiện diện trong củ sạc smartphone đời mới mà bạn dự định mua, cũng như trong các trạm phát sóng 5G mới sắp sửa được xây dựng.

Nhiều công ty, bao gồm GV (trước đây là Google Ventures), đã đổ tiền vào nghiên cứu GaN trong nhiều năm trở lại đây, và có vẻ như những khoản đầu tư này đang mang lại những kết quả khả quan ban đầu. Dưới đây là mọi thứ bạn cần biết về GaN và tại sao bạn nên quan tâm đến nó.

Gallium Nitride là gì, và nó mang lại những gì?

Gallium Nitride là một hợp chất hóa học với khả năng bán dẫn, được nghiên cứu từ những năm 1990. Các thành phần điện tử được sản xuất từ GaN bao gồm diode, transistor, và amplifier. GaN được xếp vào cùng danh mục với silicon, chất liệu bán dẫn phổ biến nhất thế giới mà chúng ta đều đã quá quen thuộc. GaN mang lại nhiều lợi ích so với silicon, nhờ “band-gap” (tạm dịch: khoảng cách làn) rộng hơn. “Band-gap” về cơ bản là yếu tố giúp đánh giá khả năng đi qua một chất liệu của năng lượng.

Các đặc tính của GaN bao gồm: giới hạn chịu nhiệt cao hơn, khả năng xử lý điện năng cao, và có độ di động điện tử cao gấp 1.000 lần so với silicon. Tuy nhiên, GaN không thực sự là giải pháp thay thế hoàn toàn cho transistor bằng silicon vốn đang được sử dụng trong các vi xử lý ứng dụng công suất thấp trên các thiết bị điện tử ngày nay. Thay vào đó, tính hiệu quả của GaN chủ yếu phát huy trong các tình huống đòi hỏi điện năng cao hơn (những trường hợp mà band-gap giữa 3.4eV và 1.1eV thực sự thể hiện rõ).

Đối với các thiết bị điện tử, GaN đặc biệt hấp dẫn khi xét đến công nghệ ăng-ten radio 5G và công nghệ điện năng, cũng như các linh kiện sạc siêu nhanh. Điểm mấu chốt cần nhớ là trong một khoảng không gian nhỏ hơn, GaN sẽ hiệu quả hơn các linh kiện silicon truyền thống về mặt nhiệt năng và điện năng.

Các loại củ sạc Gallium Nitride

Người dùng smartphone ngày càng quen thuộc hơn với công nghệ sạc siêu nhanh. Ngày nay, 30W – 40W đã rất phổ biến, thậm chí một số công ty còn cung cấp các củ sạc với công suất 60W. Những củ sạc với công suất cao này có kích cỡ ngày càng lớn và tỏa nhiều nhiệt hơn so với những củ sạc công suất thấp.

Nhờ chuyển sang GaN, kích cỡ những củ sạc sẽ được thu nhỏ lại, ngoài ra còn đảm bảo sạc mát hơn, an toàn hơn. Dòng điện từ củ sạc truyền sang thiết bị cũng hiệu quả hơn nhờ sử dụng chất liệu Gallium Nitride. Điều này càng quan trọng hơn trên các thiết bị điện năng cao. Ví dụ, laptop đòi hỏi nhiều điện để sạc hơn so với điện thoại và thường đi kèm những củ sạc cỡ lớn. GaN có thể giúp giải phóng laptop và các thiết bị công suất cao khác thông qua các củ sạc cỡ nhỏ hơn.

Ví dụ, củ sạc GaN mới của Belkin cải thiện hiệu quả điện năng đến 40%. Họ có các loại sạc công suất 30W, 60W, và 68W dành cho laptop với kích cỡ không lớn hơn các củ sạc điện năng thấp truyền thống là bao. Anker cũng sử dụng công nghệ GaN với series sạc PowerPort Atom 60W (ảnh trên), và Aukey cũng tung ra dòng sạc Omnia.

Với Gallium Nitride, các củ sạc laptop nay sẽ không còn hình dáng như những cục gạch cồng kềnh nữa. Vì công nghệ này vẫn đắt đỏ hơn so với khi dùng các chất liệu bán dẫn truyền thống, nên ngay lúc này, bạn chưa nên trông chờ mọi nhà sản xuất sẽ chuyển sang công nghệ GaN thay vì silicon như họ vẫn sử dụng từ trước đến nay.

GaN và 5G

Gallium Nitride còn giúp giải quyết những thách thức công nghệ liên quan công nghệ không dây 5G. Nhu cầu băng thông lớn hơn, ở những tần số cao hơn, đòi hỏi phải sử dụng nhiều điện năng hơn và tỏa ra lượng nhiệt lớn hơn – GaN là một giải pháp rất phù hợp cho tình huống này.

Như ở trên đã nói, GaN có độ di động điện tử cao hơn so với các hợp chất silicon. Điều này biến nó thành chất liệu phù hợp cho các tần số dưới 6GHz và thậm chí là mmWave vốn vượt quá 10GHz, có thể đạt đến tối đa 100GHz. Cộng thêm đặc tính có thể xử lý mức điện năng cao và tỏa nhiệt thấp, hợp chất này rõ ràng vượt trội hơn so với silicon trong việc đáp ứng các yêu cầu quan trọng của trạm gốc 5G.

Các thiết bị điện tử làm từ GaN, như bộ khuếch đại công suất và radio front-end, có thể hiện diện trên một loạt các thiết bị 5G. Từ các trạm gốc micro-cell tận dụng đặc tính kích cỡ nhỏ của GaN, đến các bộ truyền phát cỡ lớn cần giải quyết vấn đề nhiệt lượng. Gallium Nitride còn có thể là một phần quan trọng trong các công nghệ 5G tiêu tốn nhiều điện năng khác, bao gồm các cụm ăng-ten envelope-tracking và beamforming.

Điểm trừ lớn nhất của GaN là giá cả và tính phổ biến. Dù thông qua các nghiên cứu, công nghệ này dần có giá tốt hơn, nhưng những lợi ích lớn nhất của nó vẫn là trên lĩnh vực công nghệ mmWave tần số rất cao. GaN sẽ khó cạnh tranh được với tính kinh tế vĩ mô của silicon khi xét đến 5G dưới 6GHz.

Tựu chung lại, Gallium Nitride nhiều khả năng sẽ là một chất liệu quan trọng để cải thiện hiệu quả của công nghệ 5G sắp trở nên phổ biến. Bạn cũng sẽ thấy GaN hiện diện trong những củ sạc thế hệ mới, và sự thật là GaN đang là một ngôi sao mới trên thị trường sạc nhanh hiện nay.

Theo tổ quốc