O que são carregadores GaN? A tecnologia que permite o carregamento rápido e leve

Muitos smartphones de alta tecnologia não incluem mais carregadores na caixa. Isso significa que você precisa usar seu adaptador de parede USB antigo ou comprar um carregador separadamente.

Mas, com o nosso número crescente de engrenagens alimentadas por USB, é sensato comprar um adaptador USB de porta única? E, se você tiver vários dispositivos de carregamento rápido, como pode carregar rapidamente simultaneamente em um único adaptador?

É aqui que entra o carregador GaN. Mas, o que é? Aqui está uma visão do futuro, cobrando tijolos, computadores e muito mais.

Como funcionam os carregadores rápidos

Os primeiros smartphones tinham baterias limitadas a velocidades de carregamento de cinco watts. Os fabricantes fizeram isso para evitar o superaquecimento da bateria, o que poderia reduzir sua vida útil ou até mesmo causar falhas catastróficas.

No entanto, à medida que novas tecnologias surgiram, as baterias começaram a obter maior capacidade na quantidade de carga que mantêm e na energia que podem usar para recarregar. E, para garantir que eles não usem muita energia, o que se traduz em mais calor, os fabricantes implementaram circuitos internos que controlam o fluxo.

Este sistema sabe quanta voltagem e amperagem sua bateria pode aceitar e, portanto, se comunicará com o bloco de carregamento. O telefone também pode informar ao carregador o tipo de cabo USB que você está usando, quanto a bateria está carregada, bem como vários outros detalhes.

Essencialmente, os blocos de carregamento USB modernos são os próprios computadores. Eles têm pequenas placas que processam as informações do seu dispositivo e ajustam a saída conforme necessário. No entanto, devido a esse requisito, os carregadores ficaram maiores e mais pesados.

O segredo do nitreto de gálio

É aqui que entra o nitreto de gálio. Como você provavelmente sabe, os computadores hoje são feitos de chips de silício. Isso aconteceu porque o silício é um elemento abundante e relativamente fácil de trabalhar. Também é um excelente semicondutor por causa de suas propriedades elétricas ajustáveis.

No entanto, descobriu-se que o nitreto de gálio ou GaN é uma alternativa mais nova e melhor ao silício. Este material é melhor na condução de voltagem mais alta por mais tempo em comparação com o silício. As correntes elétricas também viajam mais rápido através dele, permitindo um processamento mais rápido.

Essa melhor condutividade leva a uma maior eficiência. Isso porque ele não precisa de tanta energia para obter a mesma saída em comparação com os transistores de silício. Também permitiu que os fabricantes criassem chips em uma forma mais densa e compacta, pois menos energia significava menos calor. Os chips GaN também têm maior capacidade de tensão e são mais resistentes ao calor, perfeitos para aplicações de transferência de energia.

Todas essas propriedades tornam o GaN perfeito para tecnologias de carregamento. Ele pode produzir a mesma energia que os chips de silício sem exigir tanto espaço, produzir menos calor apesar de ter alta potência e é mais eficiente em termos de energia. É por isso que você pode comprar pequenos blocos de energia GaN que podem carregar vários dispositivos rapidamente, mantendo o mesmo tamanho do carregador original.

Além de carregar

Os chips GaN não estão limitados a tecnologias de carregamento. Na verdade, na década de 1990, o GaN era usado principalmente em LEDs. Este material permitiu o desenvolvimento de LEDs brancos e telas de LED brilhantes e visíveis à luz do dia.

Os players de Blu-ray também o usaram como um laser azul baseado em GaN. Este laser tinha um comprimento de onda menor de 405 nm, permitindo ler as informações mais de perto e com melhor precisão. É por isso que os discos Blu-ray podem conter mais informações em comparação com os DVDs.

As infraestruturas sem fio e de radiofrequência também usam chips baseados em GaN devido à sua operação eficiente em ambientes de alta tensão. Você pode até encontrá-lo em carros elétricos, graças às suas propriedades de resistência ao calor.

Os chips GaN também encontraram aplicações militares. Desde 2010, eles têm sido instalados em radares de matriz ativados eletronicamente, permitindo que o Exército dos EUA coloque sistemas em campo com melhor mobilidade e menor custo, exigindo menos pessoal.

Por que não temos computadores de gálio (ainda)

Um dos principais motivos pelos quais ainda não temos computadores baseados em gálio é o custo. Embora se espere que a tecnologia de silício atinja o limite teórico de seu desenvolvimento em alguns anos, a maior parte da infraestrutura de chips é baseada nela, tornando os chips de silício amplamente disponíveis.

Essa difusão torna-o econômico e fácil de produzir. Como está em uso há mais de 50 anos, já é uma tecnologia padrão. Por enquanto, a maioria dos fabricantes de chips se atém ao silício porque é o que o mercado exige.

Além disso, a mudança para chips GaN requer amplo investimento em novos projetos, processos e equipamentos. As empresas terão que adaptar seus sistemas para que possam trabalhar com silício e material de GaN.

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Além do custo, os processos de fabricação de GaN precisam de mais refinamento. No ano 2000, os cristais de silício fabricados tinham apenas cem defeitos ou menos por centímetro quadrado. Por outro lado, GaN tinha cerca de dez milhões de vezes mais impurezas.

Desde então, isso melhorou para níveis mais gerenciáveis, mas ainda não é tão eficiente de produzir em comparação com o silício. No entanto, à medida que mais pesquisa e desenvolvimento são feitos em nitreto de gálio, podemos esperar que sua produção seja igual ou até melhor do que o silício.

O Limite de Silício

O que eventualmente levará à adoção generalizada da tecnologia GaN é o limite do silício. Afinal, nossa tendência tecnológica depende de melhor miniaturização e eficiência.

Por exemplo, os computadores já foram máquinas do tamanho de uma sala, que usavam tubos de vácuo colossais que exigiam muita energia para funcionar. A invenção do semicondutor de silício nos permitiu então incluir a mesma potência em um chip do tamanho de uma unha.

É por isso que seu smartwatch hoje é mais poderoso do que o computador de bordo da Apollo 11 que levou os primeiros humanos à Lua em 1969.

Em 1965, Gordon Moore, diretor de pesquisa e desenvolvimento da Fairchild Semiconductor e futuro presidente da Intel Corporation, disse que os transistores em chips integrados dobrariam a cada dois anos.

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Essa previsão em grande parte se manteve verdadeira. Em 1971, os chips tinham menos de 5.000 transistores. Mas hoje, mesmo os processadores móveis têm mais de 10 bilhões de transistores. Os processadores de consumo mais recentes apresentam um transistor de 5 nm, e esperamos vê-lo encolher para 2 nm em 2024.

No entanto, embora os fabricantes ainda encontrem uma maneira de miniaturizar o silício, em breve atingiremos seus limites físicos. O átomo de silício tem cerca de 0,2 nm de tamanho, fazendo com que os transistores de corrente tenham cerca de 25 átomos de largura.

O processo de 2 nm significa que teremos apenas cerca de dez átomos de silício por transistor. Se formos abaixo disso, o transistor se torna instável e difícil de controlar.

O futuro é GaN

Por essas razões, muitos vêem o GaN como a futura substituição do silício. Suas propriedades o tornam cerca de mil vezes mais eficiente do que o silício. Portanto, se você tem um GaN de 10 nm, pode esperar que ele seja muito mais potente do que um chip de silício de tamanho equivalente.

Como o silício irá lenta mas seguramente atingir seu tamanho máximo de miniaturização, a tecnologia GaN acabará dominando o mundo da computação. Portanto, dê uma boa olhada em seu carregador GaN rápido - porque, provavelmente, é assim que o futuro será - compacto, eficiente e poderoso.