Materiał półprzewodnikowy przyszłości. Pracują nad nim w Polsce
Azotek galu (GaN) to syntetyczny materiał, który jest znacznie lepszym półprzewodnikiem niż szeroko wykorzystywany obecnie krzem. Już zrewolucjonizował oświetlenie (znajduje się w większości żarówek LED) i umożliwił miniaturyzację m.in. ładowarek do smartfonów i zasilaczy do laptopów. W przyszłości może trafić do branży e-mobility.
Według naukowców skala zastosowań azotka galu może być znacznie szersza niż obecnie.
– W przyszłości azotek galu będzie powszechnie stosowany m.in. w samochodach elektrycznych i stacjach do ich ładowania czy w stacjach bazowych sieci komórkowych najnowszej generacji – mówi Kamila Ćwik z Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki (IMiF), który jest częścią Sieci Badawczej Łukasiewicz.
– W naszym instytucie pracujemy z azotkiem galu, ponieważ ma on lepsze parametry elektryczne od krzemu. Urządzenia oparte na azotku galu mogą być mniejsze, mniej się nagrzewać, a co za tym idzie zużywać mniej prądu – powiedział agencji Newseria Biznes Jarosław Tarenko z IMiF.
Zastępca krzemu
Azotek galu, czyli GaN, jest związkiem chemicznym azotu i galu, który nie występuje naturalnie w przyrodzie. Jest wytwarzany sztucznie w laboratoriach. Jest też materiałem półprzewodnikowym o ciekawych właściwościach fizycznych, które powodują, że w wielu zastosowaniach może on zastąpić krzem – najpowszechniej stosowany półprzewodnik.
– Azotek galu to nie przyszłość, to już teraźniejszość. Często nie zdajemy sobie sprawy, że większość urządzeń w naszych domach jest zbudowanych właśnie w oparciu o GaN – mówi Kamila Ćwik.
– Ten związek chemiczny zrewolucjonizował oświetlenie, za co japońscy naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 2014 roku. Większość żarówek LED jest dziś zbudowanych ze świecących diod z azotku galu. Zastosowania tego pierwiastka nie ograniczają się jednak tylko do nich. Już teraz tranzystory z azotku galu są stosowane w szybkich ładowarkach do telefonów komórkowych. Być może ktoś zauważył też, że najnowsze zasilacze do laptopów są znacznie mniejsze. To również zasługa azotku galu – tłumaczy Ćwik.
Od definicji do produktu
Warszawski instytut rozwija obecnie wiele typów urządzeń elektronicznych bazujących na azotku galu. Są to diody i tranzystory np. do zasilaczy, ładowarek i banków energii, a także tranzystory do zastosowań wojskowych, np. różnego rodzaju radarów.
– Pracujemy również nad detektorami i źródłami promieniowania ultrafioletowego – podkreśla Andrzej Taube, lider obszaru przyrządów na bazie GaN w Łukasiewicz – IMiF. – Na czym dokładnie polega nasza praca? Otóż projektujemy przyrządy tak, żeby spełniały konkretne wymagania, np. definiujemy kształt i wielkość elektrod. Następnie wykonujemy taki przyrząd w laboratorium o wysokiej czystości, a sam proces technologiczny może obejmować ponad 100 różnych operacji. Cały ten proces możemy wykonać w laboratoriach Łukasiewicz – IMiF. Dalej ten wykonany przyrząd poddajemy testom, aby sprawdzić, czy działa tak, jak powinien, po czym może on zostać przekazany do końcowego odbiorcy. Na tym etapie często współpracujemy z polskimi i zagranicznymi firmami.
Przyszłość branży OZE?
W laboratoriach Łukasiewicz – IMiF realizowanych jest wiele projektów dotyczących azotku galu. Jednym z nich jest m.in. projekt EnerGaN, współfinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, który dotyczy opracowania nowych typów przyrządów na bazie tego związku chemicznego. Są to np. wertykalne tranzystory, przeznaczone do zastosowania w inteligentnych bankach energii.
– Dzięki zastosowaniu naszych przyrządów inteligentne banki energii mogą być mniejsze, bardziej efektywne, a przede wszystkim mogą być bardziej niezawodne w porównaniu do innych rozwiązań – mówi Andrzej Taube.
– W przyszłości azotek galu będzie powszechnie stosowany w szerokiej gamie urządzeń, w tym m.in. w samochodach elektrycznych i stacjach do ich ładowania, w stacjach bazowych sieci komórkowych najnowszej generacji albo miniaturowych projektorach – wylicza Kamila Ćwik.
Sieć Badawcza Łukasiewicz to trzecia pod względem wielkości sieć badawcza w Europie. Dostarcza atrakcyjne, kompletne i konkurencyjne rozwiązania technologiczne. Oferuje biznesowi unikalny system „rzucania wyzwań”, dzięki któremu grupa 4500 naukowców w nie więcej niż 15 dni roboczych przyjmuje wyzwanie biznesowe i proponuje przedsiębiorcy opracowanie skutecznego rozwiązania wdrożeniowego. Przedsiębiorca może się zdecydować na kontakt przez formularz na stronie instytutu lub w ponad 50 jego lokalizacjach.
Potencjał Łukasiewicza skupia się wokół takich obszarów badawczych jak: zdrowie, inteligentna mobilność, transformacja cyfrowa oraz zrównoważona gospodarka i czysta energia.
Newseria
