Революция на рынке полупроводников: нитрид галлия против кремния

Изначально, главным материалом для полупроводниковой электроники был кремний. Его свойства, тем не менее, сильно ограничивали возможность его применения. В течение последних десятилетий упорно велись поиски нового материала для полупроводников, который позволил бы преодолеть ограничения, присущие кремнию. Проводились различные эксперименты, испытывались разные соединения и сплавы элементов III и V  группы периодической таблицы. Впоследствии, были выявлены материалы с искомыми свойствами. Но лидером с точки зрения перспектив коммерческого использования стал нитрид галлия (GaN). Ученым давно было известно, что нитрид галлия обладает лучшей электропроводностью, нежели кремний. Однако впервые создать транзистор на основе нитрида галлия удалось только в 2008 году.

Революция на рынке полупроводников: нитрид галлия против кремнияКремниевые чипы на протяжении десятилетий служили в качестве основы современной электроники. Однако новый вид чипов, на основе нитрида галлия (GaN), обещает заменить кремний, так как имеет более высокую производительность, меньшее потребление энергии, а также более низкую себестоимость.

Это может показаться странным, учитывая масштабы применения кремния, который был почти идеальным полупроводником. Многие посмеивались над альтернативными материалами, такими как арсенид галлия, которые оказались слишком дорогими. Атака нитрида галлия на кремний как раз вовремя: к 50-летию Закона Мура, предсказания создателя корпорации Intel Гордона Мура, что новые чипы будут удваивать количество транзисторов каждые два года.

Если нитрид галлия преуспеет, это может стать огромным прорывом, где в конечном итоге победят потребители. Мы получим дешевые и лучшие продукты электроники, такие как беспроводная энергия, управление жестами в игровых приставках и самоуправляемые автомобили, которые могут «почувствовать», что находится вокруг.

Алекс Лидоу – человек, который однажды уже изменил промышленность по производству чипов, когда в конце 1970-х годов появились чипы MOSFET. Эти чипы привели к 15-процентному уменьшению глобальной стоимости энергии. Например, сегодняшние энергосберегающие бытовые приборы, кондиционеры, энергоэффективное освещение и автомобили высокой экономии топлива производятся с помощью технологии MOSFET, которую помог создать Лидоу.

В настоящее время Лидоу управляет пятилетним стартапом «Efficient Power Conversion» (EPC), компанией в Лос-Анджелесе, которая занимается разработкой чипов на основе GaN.  Лидоу считает, что новый тип полупроводникового материала, GaN (нитрид галлия), скоро будет доминировать на рынке  полупроводников. У него есть патенты, цепочки поставок, клиенты и – самое главное – решимость, чтобы это реализовать. Его конечная цель заключается в том, чтобы GaN занял весь рынок полупроводников, стоимостью в 300 миллиардов долларов.

Революция на рынке полупроводников: нитрид галлия против кремнияДругие претенденты имеют преимущество либо в стоимости, либо в производительности, но не оба одновременно. Раньше никогда не было случая одновременного повышения производительности и понижения цены. «Если бы Стив Джобс поднял в 2007 году iPhone и сказал, что это лучше и дешевле, чем Ваш старый сотовый телефон, принятие смартфонов произошло бы еще быстрее», заметил Алекс Лидоу в интервью для VentureBeat.

Преимущество нитрида галлия состоит в возможности его изготовления на тех же заводах, которые производят кремниевые чипы. В отличие от арсенида галлия, чипы на основе GaN могут быть обработаны без дорогостоящего оборудования и специальных процессов. Чипы на основе GaN могут быть просто изготовлены на верхней части кремниевой пластины, без дорогой упаковки для защиты.

Упаковка для кремниевых чипов часто может составлять половину их стоимости. Эта упаковка остается для кремниевых чипов необходимой, чтобы защитить их от загрязнения или короткого замыкания, так как все устройство электрически активно. Для чипов на основе нитрида галлия такая защита не нужна. Таким образом, чипы на основе GaN не нуждаются в упаковке, что позволяет снизить цену практически вдвое, по сравнению с кремниевым аналогом.

Изначально EPC ориентировался на рынок премиум класса для своих чипов. Теперь цель — основной рынок. Нитрид галлия является отличным проводником. Как и многие другие материалы, в прошлом его стоимость была гораздо больше. Однако теперь у основателей EPC есть идеи по поводу того, как сделать продукт и качественным, и недорогим.

После пяти лет работы, Лидоу утверждает, что в этом году они «взорвут» рынок. Планируется ввести целый ряд продуктов, которые дадут более высокую производительность и будут дешевле в цене, чем кремний. Этого не происходило ни разу за всю историю использования кремния.

Лидоу считает, что чипы на основе нитрида галлия могут сделать более практичными беспилотные автомобили от Google, помогут лучше осваивать космос, производить капсульную колоноскопию и высокопроизводительную беспроводную подачу электричества. Это огромное количество возможных прорывов.

Революция на рынке полупроводников: нитрид галлия против кремнияНо помимо цели заменить кремний, Лидоу ориентируется также на создание абсолютно новых применений, которые не существовали еще пять лет назад. Например, беспроводная зарядка устройств без шнуров, системы зондирования для автономных транспортных средств и высокоскоростные мобильные коммуникации.

Все беспилотные автомобили Google и другие автономные транспортные средства используют чипы на основе GaN от EPC в своих системах светового обнаружения и определения дальности (LiDAR) или в удаленных системах, которые считывают среду вокруг них, вроде радара. Они освещают зону с помощью лазера и анализируют отраженный свет. Google использует LiDAR на своих беспилотных автомобилях.

Чипы на основе кремния работают медленнее, поэтому их точность ограничена в пределах около трех метров, с точки зрения разрешения. Напротив, чипы на основе нитрида галлия способны продемонстрировать точность до нескольких сантиметров. Вы должны быть в состоянии обнаружить отраженный свет и сделать это очень быстро.

Все автомобили Google используют чипы GaN. Автопроизводители стремятся заменить все датчики на машине на несколько систем LiDAR. Согласно исследованиям «Markets and Markets», рынок систем светового обнаружения и определения дальности вырастет до $ 1 млрд к 2020 году. Чипы на основе нитрида галлия также хорошо работают в системах беспроводной зарядки, которые вот-вот произведут переворот на рынке и заменят шнуры питания. В целом, рынок беспроводных систем зарядки, как ожидается, достигнет объема в $ 1,7 млрд уже в 2015 году, согласно данным исследователя рынка IHS.

Лидоу также считает, что чипы на основе GaN могут быть использованы для обеспечения более эффективного питания чипов связи, делая гораздо более мощными системы 4G LTE. Это может привести к увеличению количества поставок чипов в 2016 году.

Учитывая информацию от Valve и HTC о системе виртуальной реальности «Vive», похоже, что они будут использовать системы LiDAR на основе GaN, чтобы получить возможность ощутить окружающую среду в комнате и построить карту, где пользователь в очках для виртуальной реальности сможет двигаться, не спотыкаясь об мебель. Такая система светового обнаружения и определения дальности может быть интересной частью чувствительной системы, который позволит взаимодействовать с играми при помощи тела или жестов. Microsoft на сегодняшний день использует дорогое расположение камер, чтобы выполнить ту же самую функцию, с помощью системы управления жестами Kinect в консолях Xbox.

Революция на рынке полупроводников: нитрид галлия против кремнияПо оценкам Стефана Ора, аналитика Gartner, чипы на основе GaN займут рынок в $ 45 млн в этом году. Но он может вырасти до более чем $ 200 млн к 2018 году, предполагая, что к этому времени коэффициент замещения кремния составит 2%. Около десятка стартапов GaN выходят на рынок, финансируемые очень крупными компаниями, такими как Intel, Samsung и Panasonic.

В истории электроники уже были похожие времена. Промышленность по производству чипов уже терпела радикальные изменения. Берни Майерсон из IBM внедрил кремний-германиевые технологии, которые заменили кремний в высокопроизводительных чипах связи. Гибрид кремния и германия теперь встречается повсюду, потому что повсеместно привел к улучшению энергетической эффективности на 20%. Практическое улучшение GaN, по словам экспертов, составляет 10 раз, а теоретическое — 1000 раз.

Галлий, наряду с другими, не менее важными стратегическими металлами, предлагает приобрести компания Real Asset LLC. Галлий — исключительно редкий минерал, его ежегодное производство составляет всего около 100 тонн. Учитывая потенциал его использования в промышленных масштабах, становится ясно, почему многие инвесторы делают ставку именно на этот металл.

Открытие счета в Real Asset LLC для приобретения и хранения стратегических, базовых и драгоценных металлов в Швейцарии — 100EUR

Если Вас заинтересовала возможность инвестиций в стратегические металлы, обращайтесь к нам за подробной информацией: info@offshore-pro.info

Подпишитесь на наш телеграм канал и расскажите о нем знакомым в бизнесе.

Помогите сделать наш портал еще детальней, актуальней и полезней для Вас и Вашего бизнеса.

Пожалуйста, напишите Вопрос или Комментарий к статье! на основе ваших ценных для нас комментариев и вопросов эта статья может быть дополнена и улучшена.

ВНИМАНИЕ! Все посты содержащие скрытую рекламу, контакты и не имеющую отношение к данной публикации информацию не будут пропущены модератором портала к публикации.

ВНИМАНИЕ ЕЩЕ РАЗ: Для конкретных индивидуальных вопросов и заказов услуг существует конфиденциальный чат, мессенджеры, телефон и наш корпоративный е-майл. В комментариях мы просим писать именно вопросы и предложения по данной конкретной статье или Ваше мнение по вопросу, который поднят в этой статье.



Адрес вашей почты не будет опубликован.