科學1點看新聞
氮化鎵帶你走向有效率的未來

文/陳瑋駿 圖/古室友 (2021/3/6)

 出門時想同時為手機、筆電充電,又不想帶一堆充電器,透過氮化鎵技術就能辦得到!

 現代人擁有的3C產品種類繁多,如果你想要一口氣為手機、平板、筆電等電器充電,以前得同時帶好幾個充電器,甚至有可能需要一條延長線,來解決插座不足的問題。

 但如果使用新穎的「氮化鎵( GaN )技術」,只需要半個巴掌大的充電器就可以一次搞定,不僅充電孔更多,而且還充得更快。

 為什麼氮化鎵這麼厲害?跟過去的充電器相比,又有哪裡不同呢?

切換頻率
限制充電效能

 無論哪種手機、平板充電器,都一定會在電路裡安排一個「控制晶片」,藉由切換「開╱關」的狀態,來控制輸出電流的頻率。

 以電學的角度來說,只要晶片的切換頻率越高,就能夠提供充電器更高的功率,也就意味能以更短時間充飽你的手機——甚至一口氣對上多個3C產品都沒問題。

 看到這裡,你可能想問:既然只要提高切換頻率就能快速充電,只要設計一個專門提供高切換頻率的控制晶片,不就能簡單解決了嗎?

 想法很周全,可惜現實辦不到──過去商業普遍使用的控制晶片材料是「矽晶圓」,礙於「矽」這種材質的先天限制,輸出電流頻率有限。

 因此,早期手機隨附的充電器速度相當緩慢,如果想從低電量充到至少堪用的程度,也得等上一個多小時;更不用說,近幾年手機電池蓄電量更大,等待時間變得更長。

 使用矽晶圓技術的充電器,除了很容易發熱變成「暖暖包」,功率越高,體積還會隨之越大。

新穎材料
體積更小效率更高

 隨著半導體材料的技術越加成熟,「氮化鎵」的出現,可以說是現今充電技術的一大革新。

 氮化鎵並不是天然礦材,必須透過人工合成方式製造。由於氮化鎵也是「藍光LED」的重要材料,因此早期活躍於照明與螢幕面板等領域,近年來才有較多供電設備的表現。

 由於氮化鎵得天獨厚的材料特性,能提供比矽晶圓高出十倍的切換頻率,進而實現更高功率的充電效能,發熱量還比矽晶圓低許多。

 更重要的是,氮化鎵充電器的體積,只要約矽晶圓充電器體積的一半,就可以同時為筆電、手機等設備充電。人們對於充電器的各種期待,都得以透過氮化鎵實現,彷彿充電器是為它量身打造的舞臺。

 除了在充電器的領域占盡優勢,氮化鎵的功用還不止於此!

應用廣泛
全面提升生活品質

 例如近年相當火熱的5G通訊系統,氮化鎵不僅可以應用在基地臺天線的架構,基地臺的電源系統也可靠它提供有效率的能源供應。

 除此之外,像是「光達」(LiDAR)——這個被視為打造自駕車的重要拼圖,也會運用到氮化鎵。透過光達,我們可以偵測車輛周圍物體的距離與輪廓,藉此躲避車輛或路上的障礙物,達到全自動駕駛的目的。氮化鎵跟矽基元件比起來,更能有效率的發出雷射光,表現也更為出色。

 氮化鎵可以帶領人類走向怎麼樣的未來呢?也許沒有人能保證,但絕對充滿各種奇幻的期待與想像!