Polscy naukowcy pracują nad zastąpieniem azotkiem galu półprzewodników z krzemu
31 maja 2022
Redakcja

Polscy naukowcy pracują nad zastąpieniem azotkiem galu półprzewodników z krzemu

Azotek galu (GaN) to syntetyczny materiał, który jest znacznie lepszym półprzewodnikiem niż szeroko wykorzystywany obecnie krzem. Już zrewolucjonizował oświetlenie – dziś można go znaleźć w większości żarówek LED-owych – i umożliwił miniaturyzację m.in. ładowarek do smartfonów czy zasilaczy do laptopów. Według naukowców skala jego zastosowań będzie jednak znacznie szersza. – 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, 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

– mówi mgr inż. Jarosław Tarenko z Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki.

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. Ten związek chemiczny zrewolucjonizował oświetlenie, za co japońscy naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 2014 roku. Większość żarówek LED-owych 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

– mówi Kamila Ćwik, młodszy specjalista w Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki.

Warszawski instytut rozwija obecnie wiele typów urządzeń elektronicznych opartych na azotku galu. Są to diody i tranzystory np. do zasilaczy, ładowarek czy banków energii, a także tranzystory do zastosowań wojskowych, np. różnego rodzaju radarów.

Pracujemy również nad detektorami i źródłami promieniowania ultrafioletowego – podkreśla dr inż. Andrzej Taube, lider obszaru przyrządów na bazie GaN w Łukasiewicz. 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

– Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki.

W 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 https://lukasiewicz.gov.pl/biznes/ lub w ponad 50 lokalizacjach. Potencjał Łukasiewicza skupia się wokół takich obszarów badawczych jak: zdrowie, inteligentna mobilność, transformacja cyfrowa oraz zrównoważona gospodarka i czysta energia.

MD