什么是氮化镓充电器?允许轻量级快速充电的技术

许多顶级智能手机的包装盒中不再包含充电器。这意味着,您要么必须使用旧的 USB 壁式适配器,要么单独购买充电砖。

但是,随着我们越来越多的 USB 供电设备,购买单端口 USB 适配器是否明智?而且,如果您有多个快速充电设备,如何在一个适配器上同时快速充电?

这就是 GaN 充电器的用武之地。但是,它是什么?以下是未来的充电砖、计算机等。

快速充电器的工作原理

第一批智能手机的电池充电速度仅限于 5 瓦。制造商这样做是为了避免电池过热,这可能会缩短其使用寿命甚至导致灾难性故障。

然而,随着新技术的出现,电池的容量和可用于充电的能量开始变得更大。而且,为了确保他们不会使用过多的功率,这会转化为更多的热量,制造商实施了控制流量的内部电路。

该系统知道其电池可以接受多少电压和安培数,并因此与充电砖进行通信。手机还可以告诉充电砖您使用的 USB 线类型、电池充电量以及其他一些细节。

从本质上讲,现代 USB 充电砖本身就是计算机。他们有处理来自您设备的信息的小板,并根据需要调整其输出。然而,由于这个要求,充电器变得更大更重。

氮化镓的秘密

这就是氮化镓的用武之地。您可能知道,今天的计算机是由硅芯片制成的。发生这种情况是因为硅是一种丰富的元素并且相对容易使用。由于其可调节的电气特性,它还是一种出色的半导体。

然而,人们发现氮化镓或 GaN 是一种更新、更好的硅替代品。与硅相比,这种材料更擅长在更长的时间内传导更高的电压。电流也可以更快地通过它,从而实现更快的处理。

这种更好的导电性导致更高的效率。那是因为与硅晶体管相比,它不需要那么多的能量来获得相同的输出。它还允许制造商以更密集、更紧凑的形式制造芯片,因为更少的能量意味着更少的热量。 GaN 芯片还具有更高的电压容量并且更耐热,非常适合电力传输应用。

所有这些特性使 GaN 非常适合充电技术。它可以输出与硅芯片相同的功率,而不需要太多空间,尽管功率高,但产生的热量更少,并且更节能。这就是为什么您可以购买小型 GaN 电源砖,它们可以为多个设备快速充电,同时保持与您的库存充电器相同的尺寸。

超越充电

GaN 芯片不仅限于充电技术。事实上,在 1990 年代,GaN 主要用于 LED。这种材料有助于开发白光 LED 和明亮的日光可见 LED 屏幕。

蓝光播放器也将其用作基于 GaN 的蓝色激光器。这种激光具有较短的 405nm 波长,使其能够更接近并更准确地读取信息。这就是与 DVD 相比,蓝光光盘可以包含更多信息的原因。

无线和射频基础设施也使用基于 GaN 的芯片,因为它们可以在高压环境中高效运行。由于其耐热特性,您甚至可以在电动汽车中找到它。

GaN 芯片也有军事应用。自 2010 年以来,它们已安装在有源电子扫描阵列雷达中——使美国陆军能够部署具有更好机动性和更低成本的系统,同时需要更少的人员。

为什么我们还没有镓计算机(还)

我们还没有基于镓的计算机的主要原因之一是成本。尽管硅技术有望在几年内达到其发展的理论极限,但大多数芯片基础设施都基于它,从而使硅芯片广泛可用。

这种普遍性使其经济且易于生产。由于它已经使用了 50 多年,它已经成为标准技术。目前,大多数芯片制造商坚持使用硅,因为这是市场需求。

此外,转向 GaN 芯片需要对新设计、工艺和设备进行大量投资。公司将不得不调整他们的系统,以便他们可以在硅和 GaN 材料上工作。

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除了成本之外,GaN 制造工艺还需要更多的改进。在 2000 年,制造的硅晶体每平方厘米只有一百个或更少的缺陷。另一方面,GaN 含有大约一千万倍的杂质。

此后,这已提高到更易于管理的水平,但与硅相比,它的生产效率仍然不高。然而,随着对氮化镓的研究和开发越来越多,我们可以预期它的产量将与硅相当甚至更好。

硅极限

最终将推动广泛采用 GaN 技术的是硅限制。毕竟,我们的技术趋势依赖于更好的小型化和效率。

例如,计算机曾经是房间大小的机器,它使用需要大量能量才能运行的巨大真空管。硅半导体的发明使我们能够在一个指甲盖大小的芯片中装入相同的功率。

这就是为什么您今天的智能手表比 1969 年将第一批人类送上月球的阿波罗 11 号上的机载计算机更强大的原因。

1965年,仙童半导体的研发总监、英特尔公司未来的董事长戈登摩尔说,集成芯片上的晶体管每两年就会翻一番。

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这一预测在很大程度上是正确的。 1971 年,芯片的晶体管数量还不到 5,000 个。但是今天,即使是移动处理器也有超过 100 亿个晶体管。最新的消费类处理器采用 5nm 晶体管,我们预计它会在 2024 年缩小到 2nm。

然而,尽管制造商仍然找到了一种使硅小型化的方法,但我们很快就会达到其物理极限。硅原子大约 0.2nm 大,使当前的晶体管大约有 25 个原子宽。

2nm 工艺意味着每个晶体管只有大约十个硅原子。如果低于该值,晶体管就会变得不稳定且难以控制。

未来是氮化镓

由于这些原因,许多人将 GaN 视为未来硅的替代品。它的特性使其效率比硅高约一千倍。因此,如果您拥有 10 纳米 GaN,您可以期望它比同等大小的硅基芯片更有效。

随着硅将缓慢但肯定地达到其最大的微型化尺寸,GaN 技术最终将接管计算世界。所以,仔细看看你的快速 GaN 充电器——因为很可能,这就是未来的样子——紧凑、高效和强大。