什麼是氮化鎵充電器？允許輕量級快速充電的技術

許多頂級智能手機的包裝盒中不再包含充電器。這意味著，您要么必須使用舊的 USB 壁式適配器，要么單獨購買充電磚。

但是，隨著我們越來越多的 USB 供電設備，購買單端口 USB 適配器是否明智？而且，如果您有多個快速充電設備，如何在一個適配器上同時快速充電？

這就是 GaN 充電器的用武之地。但是，它是什麼？以下是未來的充電磚、計算機等。

快速充電器的工作原理

第一批智能手機的電池充電速度僅限於 5 瓦。製造商這樣做是為了避免電池過熱，這可能會縮短其使用壽命甚至導致災難性故障。

然而，隨著新技術的出現，電池的容量和可用於充電的能量開始變得更大。而且，為了確保他們不會使用過多的功率，這會轉化為更多的熱量，製造商實施了控制流量的內部電路。

該系統知道其電池可以接受多少電壓和安培數，並因此與充電磚進行通信。手機還可以告訴充電磚您使用的 USB 線類型、電池充電量以及其他一些細節。

從本質上講，現代 USB 充電磚本身就是計算機。他們有處理來自您設備的信息的小板，並根據需要調整其輸出。然而，由於這個要求，充電器變得更大更重。

氮化鎵的秘密

這就是氮化鎵的用武之地。您可能知道，今天的計算機是由矽芯片製成的。發生這種情況是因為矽是一種豐富的元素並且相對容易使用。由於其可調節的電氣特性，它還是一種出色的半導體。

然而，人們發現氮化鎵或 GaN 是一種更新、更好的矽替代品。與硅相比，這種材料更擅長在更長的時間內傳導更高的電壓。電流也可以更快地通過它，從而實現更快的處理。

這種更好的導電性導致更高的效率。那是因為與硅晶體管相比，它不需要那麼多的能量來獲得相同的輸出。它還允許製造商以更密集、更緊湊的形式製造芯片，因為更少的能量意味著更少的熱量。GaN 芯片還具有更高的電壓容量並且更耐熱，非常適合電力傳輸應用。

所有這些特性使 GaN 非常適合充電技術。它可以輸出與硅芯片相同的功率，而不需要太多空間，儘管具有高功率，但產生的熱量卻更少，並且更節能。這就是為什麼您可以購買小型 GaN 電源磚，它們可以為多個設備快速充電，同時保持與您的庫存充電器相同的尺寸。

超越充電

GaN 芯片不僅限於充電技術。事實上，在 1990 年代，GaN 主要用於 LED。這種材料有助於開發白光 LED 和明亮的日光可見 LED 屏幕。

藍光播放器也將其用作基於 GaN 的藍色激光器。這種激光具有較短的 405nm 波長，使其能夠更接近並更精確地讀取信息。這就是與 DVD 相比，藍光光盤可以包含更多信息的原因。

無線和射頻基礎設施也使用基於 GaN 的芯片，因為它們可以在高壓環境中高效運行。由於其耐熱特性，您甚至可以在電動汽車中找到它。

GaN 芯片也有軍事應用。自 2010 年以來，它們已安裝在有源電子掃描陣列雷達中——使美國陸軍能夠部署具有更好機動性和更低成本的系統，同時需要更少的人員。

為什麼我們還沒有鎵計算機（還）

我們還沒有基於鎵的計算機的主要原因之一是成本。儘管矽技術有望在幾年內達到其發展的理論極限，但大多數芯片基礎設施都基於它，從而使矽芯片廣泛可用。

這種普遍性使其經濟且易於生產。由於它已經使用了 50 多年，它已經成為標準技術。目前，大多數芯片製造商堅持使用矽，因為這是市場需求。

此外，轉向 GaN 芯片需要對新設計、工藝和設備進行大量投資。公司將不得不調整他們的系統，以便他們可以在矽和 GaN 材料上工作。

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除了成本之外，GaN 製造工藝還需要更多的改進。在 2000 年，製造的矽晶體每平方厘米只有一百個或更少的缺陷。另一方面，GaN 含有大約一千萬倍的雜質。

此後，這已提高到更易於管理的水平，但與硅相比，它的生產效率仍然不高。然而，隨著對氮化鎵的研究和開發越來越多，我們可以預期它的產量將與硅相當甚至更好。

矽極限

最終將推動廣泛採用 GaN 技術的是矽限制。畢竟，我們的技術趨勢依賴於更好的小型化和效率。

例如，計算機曾經是房間大小的機器，它使用需要大量能量才能運行的巨大真空管。矽半導體的發明使我們能夠在一個指甲蓋大小的芯片中裝入相同的功率。

這就是為什麼您今天的智能手錶比 1969 年將第一批人類送上月球的阿波羅 11 號上的機載計算機更強大的原因。

1965年，仙童半導體的研發總監、英特爾公司未來的董事長戈登摩爾說，集成芯片上的晶體管每兩年就會翻一番。

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這一預測在很大程度上是正確的。1971 年，芯片的晶體管數量還不到 5,000 個。但是今天，即使是移動處理器也有超過 100 億個晶體管。最新的消費類處理器採用 5nm 晶體管，我們預計它會在 2024 年縮小到 2nm。

然而，儘管製造商仍然找到了一種使矽小型化的方法，但我們很快就會達到其物理極限。矽原子大約 0.2nm 大，使當前的晶體管大約有 25 個原子寬。

2nm 工藝意味著每個晶體管只有大約十個矽原子。如果低於該值，晶體管就會變得不穩定且難以控制。

未來是氮化鎵

由於這些原因，許多人將 GaN 視為未來矽的替代品。它的特性使其效率比矽高約一千倍。因此，如果您擁有 10 納米 GaN，您可以期望它比同等大小的矽基芯片更有效。

隨著矽將緩慢但肯定地達到其最大的微型化尺寸，GaN 技術最終將接管計算世界。所以，仔細看看你的快速 GaN 充電器——因為很可能，這就是未來的樣子——緊湊、高效和強大。