GaN充電器とは何ですか？軽量で高速な充電を可能にする技術

多くのトップスペックのスマートフォンは、もはやボックスに充電器を含んでいません。つまり、古いUSBウォールアダプターを使用するか、充電ブリックを別途購入する必要があります。

しかし、USB駆動のギアの数が増えるにつれ、シングルポートUSBアダプターを購入するのは賢明ですか？また、複数の急速充電デバイスがある場合、1つのアダプターで同時に急速充電するにはどうすればよいですか？

これがGaN充電器の出番です。しかし、それは何ですか？これは、将来の充電ブリック、コンピューター、およびそれ以降の様子です。

急速充電器のしくみ

最初のスマートフォンには、5ワットの充電速度に制限されたバッテリーが搭載されていました。メーカーは、バッテリーの寿命を縮めたり、壊滅的な障害を引き起こしたりする可能性のあるバッテリーの過熱を回避するためにこれを行いました。

しかし、新しい技術が出現するにつれて、バッテリーはそれが保持する充電量と充電に使用できるエネルギーでより大きな容量を獲得し始めました。また、消費電力が多すぎて熱が増えないようにするために、メーカーは流れを制御する内部回路を実装しました。

このシステムは、バッテリーが受け入れることができる電圧とアンペア数を認識しているため、充電ブリックと通信します。電話機は、使用しているUSBコードの種類、バッテリーの充電量、およびその他のいくつかの詳細を充電ブリックに通知することもできます。

基本的に、最新のUSB充電ブリックはコンピューターそのものです。デバイスからの情報を処理する小さなボードがあり、必要に応じて出力を調整します。ただし、この要件のために、充電器はますます大きくなり、重くなっています。

窒化ガリウムの秘密

これが窒化ガリウムの出番です。ご存知かもしれませんが、今日のコンピューターはシリコンチップで作られています。これは、シリコンが豊富な元素であり、比較的扱いやすいために発生しました。また、電気的特性を調整できるため、優れた半導体でもあります。

ただし、窒化ガリウムまたはGaNは、シリコンに代わる新しい、より優れた代替品であることが発見されています。この材料は、シリコンと比較して、より長い時間にわたってより高い電圧を伝導するのに優れています。電流もそれをより速く通過し、より速い処理を可能にします。

このより良い導電性はより高い効率につながります。これは、シリコントランジスタと比較して、同じ出力を得るのにそれほど多くのエネルギーを必要としないためです。また、エネルギーが少ないほど熱が少ないため、メーカーはより高密度でコンパクトな形でチップを作成することができました。GaNチップはまた、より高い電圧容量を持ち、耐熱性が高く、電力伝達アプリケーションに最適です。

これらすべての特性により、GaNは充電技術に最適です。スペースをあまり必要とせずにシリコンチップと同じ電力を出力でき、ワット数が高いにもかかわらず発熱が少なく、電力効率が高くなります。そのため、ストック充電器と同じサイズを維持しながら、複数のデバイスを急速充電できる小型のGaNパワーブリックを購入できます。

充電を超えて

GaNチップは充電技術に限定されません。実際、1990年代には、GaNは主にLEDに使用されていました。この材料により、白色LEDと明るい昼光可視LEDスクリーンの開発が可能になりました。

ブルーレイプレーヤーは、GaNベースの青色レーザーとしても使用しました。このレーザーは405nmの波長が短く、情報をより近く、より正確に読み取ることができます。そのため、Blu-rayディスクはDVDよりも多くの情報を保持できます。

ワイヤレスおよび無線周波数インフラストラクチャも、高電圧環境で効率的に動作するため、GaNベースのチップを使用します。耐熱性のおかげで、電気自動車にも搭載されています。

GaNチップも軍事用途に使用されています。2010年以降、アクティブ電子スキャンアレイレーダーに搭載されており、米陸軍は、より少ない人員で、より優れた機動性と低コストでシステムをフィールド化できます。

ガリウムコンピュータがない理由（まだ）

ガリウムベースのコンピューターがまだない主な理由の1つは、コストです。シリコン技術は数年でその開発の理論的限界に達すると予想されていますが、ほとんどのチップインフラストラクチャはそれに基づいており、シリコンチップを広く利用できるようにしています。

この普及により、経済的で簡単に製造できます。50年以上使用されているため、すでに標準的なテクノロジーとなっています。今のところ、ほとんどのチップメーカーは、市場が要求しているシリコンに固執しています。

さらに、GaNチップへの切り替えには、新しい設計、プロセス、および機器への大規模な投資が必要です。企業は、シリコンとGaNの両方の材料で作業できるように、システムを適応させる必要があります。

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コストは別として、GaN製造プロセスにはさらに改良が必要です。2000年には、製造されたシリコン結晶の欠陥は1​​平方センチメートルあたり100個以下でした。一方、GaNには約1000万倍の不純物が含まれていました。

その後、これはより管理しやすいレベルに改善されましたが、シリコンと比較して生産するのはまだ効率的ではありません。しかし、窒化ガリウムについてより多くの研究開発が行われるにつれて、その出力はシリコンと同等かそれ以上になると予想できます。

シリコンの限界

最終的にGaN技術の普及を後押しするのはシリコンの限界です。結局のところ、私たちの技術トレンドは、より良い小型化と効率に依存しています。

たとえば、コンピュータはかつては、動作するのに多くのエネルギーを必要とする巨大な真空管を使用する部屋サイズの機械でした。シリコン半導体の発明により、指の爪ほどの大きさのチップに同じ電力を詰め込むことができました。

そのため、今日のスマートウォッチは、1969年に最初の人間を月に連れて行ったアポロ11号の搭載コンピューターよりも強力です。

1965年、フェアチャイルドセミコンダクターの研究開発ディレクターであり、インテルコーポレーションの将来の会長であるゴードンムーアは、集積チップ上のトランジスタは2年ごとに2倍になると述べました。

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この予測はおおむね当てはまりました。1971年には、チップのトランジスタ数は5,000未満でした。しかし今日では、モバイルプロセッサでさえ100億個を超えるトランジスタを搭載しています。最新の民生用プロセッサは5nmトランジスタを備えており、2024年には2nmに縮小すると予想されています。

しかし、メーカーはまだシリコンを小型化する方法を見つけていますが、まもなくその物理的限界に達します。シリコン原子の大きさは約0.2nmで、電流トランジスタの幅は約25原子になります。

2nmプロセスは、トランジスタあたり約10個のシリコン原子しか持たないことを意味します。それを下回ると、トランジスタが不安定になり、制御が困難になります。

未来はGaNです

これらの理由から、多くの人がGaNを将来のシリコンの代替品と見なしています。その特性により、シリコンよりも約1000倍効率的です。したがって、10nm GaNを使用している場合は、同等のサイズのシリコンベースのチップよりもはるかに強力であることが期待できます。

シリコンはゆっくりとしかし確実に最大の小型化サイズに達するので、GaN技術は最終的にコンピューティングの世界を引き継ぐでしょう。ですから、高速GaN充電器をよく見てください。おそらく、それが将来のことになるからです。コンパクトで、効率的で、強力です。