Elektronika koju koristimo svakog dana zavisi od milijardi tranzistora, ali nisu svi namenjeni istom poslu. U telefonu oni obrađuju informacije pri relativno malim naponima, dok energetski sistemi moraju da uključuju i isključuju mnogo veće količine električne energije. Upravo tu nastaje problem: što uređaj treba da podnese viši napon, konstrukcija uglavnom mora da bude veća ili da pravi veće gubitke u obliku toplote. Inženjeri sa EPFL-a u Švajcarskoj razvili su novu vrstu tranzistora od galijum-nitrida koja pokušava da istovremeno reši oba problema. TechXplore je 28. avgusta objavio da je novi uređaj izdržao skoro četiri kilovolta pre proboja, a da je pritom zadržao nizak električni otpor. Za ovu vrstu tehnologije to predstavlja rekord i otvara mogućnost da sistemi za konverziju energije postanu manji, efikasniji i manje zahtevni za hlađenje.
Galijum-nitrid, odnosno GaN, već je izašao iz laboratorija. Upravo zahvaljujući tom materijalu pojavili su se mali, snažni punjači za telefone i laptopove koji mogu da isporuče mnogo energije iz kućišta znatno manjeg od starijih adaptera. GaN može raditi na višim frekvencijama i temperaturama od klasičnog silicijuma, ali pri veoma visokim naponima električno polje unutar uređaja postaje neravnomerno. Na pojedinim mestima koncentracija polja postaje toliko velika da tranzistor probije pre nego što iskoristi puni potencijal materijala. Švajcarski tim razvio je strukturu nazvanu intrinsic polarization superjunction, odnosno iPSJ. Umesto dodatnih složenih postupaka dopiranja materijala, sistem koristi prirodnu polarizaciju koja nastaje u višeslojnim strukturama nitridnih poluprovodnika i na taj način ravnomernije raspoređuje električno polje.
Uređaj je napravljen od slojeva galijum-nitrida postavljenih na relativno jeftinu silicijumsku osnovu, što je važno za cenu buduće proizvodnje. Visok napon i mali gubici posebno su bitni u AI data-centrima, solarnim elektranama, električnim vozilima, industrijskim pogonima i elektroenergetskoj infrastrukturi. Svaki put kada se električna energija pretvara iz jednog napona u drugi, deo se izgubi kao toplota. Kod jednog kućnog punjača gubitak možda nije dramatičan, ali u data-centru koji troši megavate čak i malo povećanje efikasnosti predstavlja veliku količinu energije i manju potrebu za hlađenjem. Kod električnog vozila kompaktnija elektronika znači i manju masu, dok kod obnovljivih izvora efikasniji pretvarači mogu da smanje gubitke između panela, baterije i mreže.
Naravno, rekord jednog laboratorijskog tranzistora nije isto što i masovna industrijska komponenta spremna da sledeće godine uđe u svaki automobil. Potrebno je proveriti dugoročnu pouzdanost, proizvodne tolerancije, ponašanje pri različitim temperaturama i cenu izrade miliona identičnih uređaja. Međutim, novi rezultat pokazuje da visoki napon ne mora zauvek zahtevati velike silicijumske komponente. Razvoj elektronike često primećujemo kroz ekrane i procesore, dok se energetski tranzistori nalaze skriveni u punjaču, automobilu ili ormariću data-centra. Upravo ti nevidljivi prekidači odlučuju koliko će se energije pretvoriti u koristan rad, a koliko u toplotu. Ako novi koncept uspe da pređe put od laboratorije do fabrike, jedna od najvećih promena možda će biti upravo ono što korisnik neće videti – uređaji će raditi isto ili bolje, dok će iza kućišta biti manje metala, manje toplote i manje izgubljene struje.
S.B.
