Newsy

Wynalazek polskich naukowców zrewolucjonizuje elektronikę. Azotek galu może być następcą krzemu, znajdzie też zastosowanie w fotowoltaice

2021-06-16  |  06:00

Azotek galu, którego technologię wytwarzania opracowali polscy naukowcy pod koniec XX wieku, może się okazać następcą krzemu. Tranzystory wykonane z tego półprzewodnika są kilkunastokrotnie mniejsze i są w stanie przenosić większe ładunki energii. Z ich wykorzystaniem firma Xiaomi stworzyła już miniaturową ładowarkę o mocy 65 W. Potencjalnie półprzewodnik ten może znaleźć zastosowanie również w fotowoltaice, a nawet w mikrochipach komunikujących się z układem nerwowym człowieka.

– Azotek galu poczynił rewolucyjne zmiany w naszej cywilizacji poprzez zmianę systemu oświetlenia. Otaczają nas diody świecące LED, z których każda składa się z azotku galu. Ma on jeszcze szereg innych zalet, które mogą się przydać w elektronice dużych mocy. W tej chwili zachodzi rewolucyjny proces w energetyce. Przechodzimy na odnawialne źródła energii i potrzebujemy mnóstwa elektronicznych układów, które potrafią sterować energią dużej mocy oraz przekształcać sygnały elektryczne, prądowe – wskazuje w rozmowie z agencją informacyjną Newseria Innowacje prof. dr hab. inż. Izabella Grzegory, dyrektor Instytutu Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk.

Półprzewodnik, jakim jest azotek galu, znalazł niedawno zastosowanie chociażby w superszybkich ładowarkach do smartfonów. W ubiegłym roku na rynku pojawiła się ładowarka Xiaomi o mocy 65 W. Zamiast tranzystorów krzemowych zostały w niej zastosowane tranzystory właśnie z azotku galu. Nie powstają  one w wyniku obróbki, lecz są w pewnym sensie hodowane, podobnie jak kryształ.

Grupa japońskich naukowców zbudowała już z wykorzystaniem azotku indu i azotku galu wszczepialny chip o objętości 1 mm3 i ciężarze 2,3 mg. Urządzenie może potencjalnie aktywować określone białka w mózgu i służyć zarówno opiece zdrowotnej – leczeniu chorób neurologicznych – jak również do kontrolowania urządzeń internetu rzeczy.

Technologię kryształów azotku galu oraz budowania z niego tranzystorów rozwijają także naukowcy z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN. Komercjalizacja tej pierwszej zaplanowana jest na przełom 2022 i 2023 roku.

– Mamy pełny łańcuch technologiczny. Wykonujemy kryształy azotku galu po to, żeby móc na nich budować struktury przyrządów, zarówno optoelektronicznych, takich jak diody laserowe, jak również tranzystorów. Kryształy, które u nas w instytucie są wykonywane, należą do najlepszych na świecie. Mają bardzo mało defektów sieci krystalicznej, więc przyrządy czy struktury na nich budowane mają szereg zalet. Dodatkowo w naszych laboratoriach można przeprowadzić wiele pożytecznych operacji, np. wykonać przyrząd poprzez wbijanie z dużą energią jonów innych pierwiastków, krzemu czy magnezu, do sieci krystalicznej – tłumaczy prof. Izabella Grzegory.

Tak zwane domieszkowanie stosuje się po to, by mieć kontrolę nad urządzeniem wyposażonym w tranzystor wykonany z azotku galu. Z uwagi na to, że cechuje się on szeroką przerwą energetyczną, czysty półprzewodnik byłby cały czas aktywny. Domieszkowanie niszczy strukturę kryształów i żeby ją przywrócić, należy poddać materiał obróbce w warunkach wysokiego ciśnienia, w czym specjalizuje się instytut.

Jedną z głównych zalet azotku galu jest to, że stwarza możliwość wejścia na kolejny poziom miniaturyzacji. Zdaniem naukowców z MIT tranzystor wykonany z tego materiału może być nawet 15-krotnie mniejszy niż jego krzemowy odpowiednik.

– To nie są oczywiście jedyne zastosowania azotku galu. Jest on również niezwykle ważny w telekomunikacji, być może również w fotowoltaice, a także procesach takich jak rozszczepianie wody pod wpływem światła słonecznego, jednak są jeszcze na etapie badań naukowych – wymienia dyrektor Instytutu Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk. – Jego zastosowanie w optoelektronice, źródłach światła i elektronice dużych mocy jest już daleko zaawansowane aplikacyjnie. My też jesteśmy mocno zaangażowani w ten proces. Azotek galu jest wspaniałym materiałem, lecz bardzo trudnym technologicznie i ważny jest dostęp do pewnych technologii, by wydobyć wszystkie jego zalety – mówi dyrektor Instytutu Wysokich Ciśnień PAN.

Jak podkreśla, technologia kryształów rozwijana przez polskich naukowców jest obecnie na etapie linii pilotażowej. Komercjalizacja zaplanowana jest na przełomie 2022 i 2023 roku. Technologia tranzystorów dużych mocy rozwijana jest z kolei w projekcie TECHMATSTRATEG Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w konsorcjum z Siecią Łukasiewicz i z partnerami przemysłowymi.

– Pracujemy również w konsorcjum Horizon 2020 o nazwie GaN4AP i tam nasz instytut ma przyjemność kierować dużym pakietem zadań w celu otrzymywania optymalnych struktur do przyrządów elektronicznych dużej mocy na azotku galu – wskazuje prof. Izabella Grzegory.

Czytaj także

Więcej ważnych informacji

Złote Spinacze 2021

Firma

Spersonalizowana komunikacja jest o 200 proc. skuteczniejsza. Jej przyszłością jest programowalne i interaktywne wideo

Personalizacja przyciąga nasz wzrok i wywołuje emocje. Marketerzy szukają sposobów na personalizację wielu rodzajów treści, w tym materiałów wideo. Badania pokazują, że w marketingu personalizacja konwertuje o 202 proc. lepiej niż media niespersonalizowane i oferuje 20-krotnie większy zwrot z inwestycji. Może też zwiększyć lojalność i satysfakcję klientów. Polska firma Vintom opracowała zaawansowaną i unikatową technologię personalizacji treści wideo, która wykorzystuje technologię łańcucha, syntetyczną synchronizację ust i natywną wtyczkę After Effects.

Biotechnologia

Polska firma opracowała przenośne urządzenie do szybkich testów genetycznych. Mobilne laboratorium analizuje próbki w rekordowo krótkim czasie

Pandemia COVID-19 przyspieszyła wykorzystanie diagnostyki genetycznej. Coraz więcej osób rozumie, że przeprowadzając test genetyczny, można się dowiedzieć, co dokładnie nam dolega. Diagnostyka przy pacjencie stanie się coraz bardziej opłacalna jako podejście do szybkiego testowania. Może to zaowocować nowym paradygmatem testowania. W tym kierunku zmierza polska firma Genomtec, która rozwija autorskie urządzenie do diagnostyki genetycznej w miejscu opieki nad pacjentem oparte na technologii LAMP i produkuje ultraszybkie testy genetyczne. Genomtec ID to przenośne laboratorium, które może zrewolucjonizować diagnostykę molekularną.