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Mi chiamo GaN e sono il nitruro di gallio

Nitruro di gallio (GaN) se non vi dice nulla è normale. In futuro potrebbe però rivoluzionare il modo in cui usiamo l’energia, facendo fare un grosso salto in avanti al settore automobilistico e, soprattutto, ridurre i costi della bolletta elettrica. È un semiconduttore come il silicio, viene usato in ormai molti chip dai quali siamo circondati, ma ha caratteristiche molto più interessanti e, a parità di applicazione, i dispositivi in GaN sono migliori per diverse caratteristiche rispetto a quelli in silicio tradizionale.

Oggi il nitruro di gallio inizia ad essere diffuso soprattutto nelle componenti elettriche per la conversione di potenza. Il prossimo passo, invece, è quello di usarlo anche sulle auto elettriche per aumentarne prestazioni e autonomia, a parità di batteria. L’unico materiale che oggi sembra poter tenere testa al GaN è il carburo di silicio. Vediamo cosa avrebbe di così speciale il GaN. Principalmente la capacità di essere attraversato da una grande quantità di energia riscaldandosi poco. Uno dei principali problemi del silicio, infatti, è che dissipa nell’ambiente una gran quantità di calore. Infatti le componenti CPU e le GPU realizzate in silicio che troviamo nei nostri computer sono sempre sormontate da ventola, proprio per cercare di eliminare il calore prodotto dai chip. Senza si rischierebbe il surriscaldamento e quindi fondere.

Il fatto che i componenti elettronici in GaN producono meno calore vuol dire anche che sprecano meno energia: tutto il calore prodotto dai chip in silicio, infatti, non è altro che energia elettrica sprecata. Poter creare chip e componenti più freddi, inoltre, permette ai costruttori di risparmiare denaro e spazio usando dissipatori e ventole dalle dimensioni inferiori. Molti pc portatili e caricatori per smartphone/tablet iniziano oggi a integrare componenti in nitruro di gallio. Una rivoluzione del genere sta accadendo nel settore degli alimentatori per computer portatili, dove il peso e le dimensioni contano moltissimo, ma anche in quello degli alimentatori per desktop ad alte prestazioni, dove ridurre il calore è fondamentale.

Recentemente, i primi di marzo, la famosa multinazionale dell’ automotive Magneti Marelli ha annunciato un accordo di collaborazione biennale con Transphorm , azienda americana titolare di diversi brevetti sull’uso del GaN nei componenti per auto elettriche e ibride. In particolar modo inverter, caricatori di bordo e convertitori di potenza. Nel settore della mobilità elettrica il nitruro di gallio potrebbe rappresentare una rivoluzione altrettanto grande di quella già in atto nel mondo dell’elettronica.

Tutte le componenti di una auto elettrica o ibrida che devono trasferire potenza dalla batteria alle ruote, o dalla colonnina di ricarica alla batteria, potrebbero trarre grandi benefici dalla sostituzione del tradizionale silicio con il GaN. Sicuramente meno calore, meno spreco di energia e più autonomia dell’auto, con sistemi di raffreddamento più piccoli, compatti, leggeri ed economici. Avere meno peso su una auto elettrica aumenta ulteriormente la quantità di chilometri che il veicolo può percorrere con una sola carica di batteria. Poter trasferire tanta energia elettrica sviluppando poco calore è molto utile sulle auto elettriche sportive, mentre poter contare su circuiti stabili anche ad alto voltaggio permette di ricaricare l’auto più velocemente. Risparmiare con il nitruro di gallio ? Oggi creare il GaN costa di più del silicio, in qualunque applicazione venga utilizzata. Ma i risparmi indiretti superano di gran lunga i maggiori costi di produzione. Secondo una recente ricerca dell’Università di Harvard, l’uso del nitruro di gallio al posto del silicio può portare a consumi elettrici inferiori del 10-25% (a seconda del tipo di applicazione). Questo vuol dire che se tutti i dispositivi elettronici del mondo fossero convertiti al GaN il loro consumo elettrico globale potrebbe scendere di molto. E, se scende il consumo, scendono anche i costi energetici. C’è un altro materiale che ha caratteristiche tecniche molto simili al GaN è il SiC (carburo di silicio). Tutti i vantaggi già elencati per il nitruro di gallio li ritroviamo anche nel SiC. Oggi scienziati e industria elettronica si chiedono seriamente se è meglio il GaN o il SiC. Attualmente entrambe le tecnologie hanno la possibilità di conquistare grosse fette di mercato. Solo il futuro prossimo , però, ci potrà dire se l’elettronica avrà base GaN, SiC oppure avremo a che fare con tutti e due.