Que sont les chargeurs GaN ? La technologie qui permet une charge rapide et légère

De nombreux smartphones haut de gamme n’incluent plus de chargeurs dans la boîte. Cela signifie que vous devez soit utiliser votre ancien adaptateur mural USB, soit acheter une brique de charge séparément.

Mais, avec notre nombre croissant d’équipements alimentés par USB, est-il judicieux d’acheter un adaptateur USB à port unique ? Et, si vous avez plusieurs appareils de charge rapide, comment pouvez-vous effectuer une charge rapide simultanément sur un seul adaptateur ?

C’est là qu’intervient le chargeur GaN. Mais qu’est-ce que c’est ? Voici un aperçu des futures briques de charge, ordinateurs et au-delà.

Fonctionnement des chargeurs rapides

Les premiers smartphones avaient des batteries limitées à des vitesses de charge de cinq watts. Les fabricants ont fait cela pour éviter de surchauffer une batterie, ce qui pourrait réduire sa durée de vie ou même provoquer des pannes catastrophiques.

Cependant, à mesure que de nouvelles technologies sont apparues, les batteries ont commencé à obtenir une plus grande capacité en termes de charge et d’énergie qu’elles peuvent utiliser pour se recharger. Et, pour s’assurer qu’ils n’utilisent pas trop d’énergie, ce qui se traduit par plus de chaleur, les fabricants ont mis en place des circuits internes qui contrôlaient le débit.

Ce système sait combien de tension et d’ampérage sa batterie peut accepter et communiquera donc avec la brique de charge. Le téléphone peut également indiquer à la brique de charge le type de câble USB que vous utilisez, le niveau de charge de la batterie, ainsi que plusieurs autres détails.

Essentiellement, les briques de chargement USB modernes sont elles-mêmes des ordinateurs. Ils ont de petites cartes qui traitent les informations de votre appareil et ajustent leur sortie selon les besoins. Cependant, en raison de cette exigence, les chargeurs sont devenus plus gros et plus lourds.

Le secret du nitrure de gallium

C’est là qu’intervient le nitrure de gallium. Comme vous le savez probablement, les ordinateurs d’aujourd’hui sont fabriqués à partir de puces en silicium. Cela s’est produit parce que le silicium est un élément abondant et relativement facile à travailler. C’est aussi un excellent semi-conducteur en raison de ses propriétés électriques ajustables.

Cependant, le nitrure de gallium ou GaN s’avère être une alternative plus récente et meilleure au silicium. Ce matériau est plus apte à conduire une tension plus élevée sur des durées plus longues par rapport au silicium. Les courants électriques le traversent également plus rapidement, ce qui permet un traitement plus rapide.

Cette meilleure conductivité conduit à une plus grande efficacité. C’est parce qu’il n’a pas besoin d’autant d’énergie pour obtenir la même sortie que les transistors au silicium. Cela a également permis aux fabricants de créer des puces sous une forme plus dense et plus compacte, car moins d’énergie signifiait moins de chaleur. Les puces GaN ont également une capacité de tension plus élevée et sont plus résistantes à la chaleur, parfaites pour les applications de transfert de puissance.

Toutes ces propriétés rendent le GaN parfait pour les technologies de charge. Il peut produire la même puissance que les puces en silicium sans nécessiter autant d’espace, produire moins de chaleur malgré une puissance élevée et est plus économe en énergie. C’est pourquoi vous pouvez acheter de petites briques d’alimentation GaN capables de charger rapidement plusieurs appareils tout en conservant la même taille que votre chargeur d’origine.

Au-delà de la charge

Les puces GaN ne se limitent pas aux technologies de charge. En fait, dans les années 1990, le GaN était principalement utilisé dans les LED. Ce matériau a permis le développement de LED blanches et d’écrans LED lumineux et visibles à la lumière du jour.

Les lecteurs Blu-ray l’utilisaient également comme laser bleu à base de GaN. Ce laser avait une longueur d’onde plus courte de 405 nm, ce qui lui permettait de lire les informations de plus près et avec une meilleure précision. C’est pourquoi les disques Blu-ray peuvent contenir plus d’informations que les DVD.

Les infrastructures sans fil et radiofréquence utilisent également des puces à base de GaN en raison de leur fonctionnement efficace dans des environnements à haute tension. Vous pouvez même le trouver dans les voitures électriques, grâce à leurs propriétés de résistance à la chaleur.

Les puces GaN ont également trouvé des applications militaires. Depuis 2010, ils ont été installés dans des radars à matrice active à balayage électronique, permettant à l’armée américaine de déployer des systèmes avec une meilleure mobilité et à moindre coût tout en nécessitant moins de personnel.

Pourquoi nous n’avons pas (encore) d’ordinateurs au gallium

L’une des principales raisons pour lesquelles nous n’avons pas encore d’ordinateurs à base de gallium est le coût. Bien que la technologie du silicium devrait atteindre la limite théorique de son développement dans quelques années, la plupart des infrastructures de puces sont basées sur celle-ci, ce qui rend les puces de silicium largement disponibles.

Cette omniprésence le rend économique et facile à produire. Comme il est utilisé depuis plus de 50 ans, c’est déjà une technologie standard. Pour l’instant, la plupart des fabricants de puces s’en tiennent au silicium car c’est ce que le marché demande.

De plus, le passage aux puces GaN nécessite des investissements importants dans de nouvelles conceptions, processus et équipements. Les entreprises devront adapter leurs systèmes pour pouvoir travailler à la fois sur du silicium et sur du GaN.

Outre le coût, les processus de fabrication du GaN nécessitent plus de raffinement. En l’an 2000, les cristaux de silicium fabriqués ne présentaient qu’une centaine de défauts ou moins par centimètre carré. D’autre part, GaN avait environ dix millions de fois plus d’impuretés.

Cela s’est depuis amélioré à des niveaux plus gérables, mais ce n’est toujours pas aussi efficace à produire par rapport au silicium. Cependant, à mesure que de plus en plus de recherche et de développement sont effectués sur le nitrure de gallium, nous pouvons nous attendre à ce que son rendement soit égal ou même meilleur que le silicium.

La limite du silicium

Ce qui finira par pousser à l’adoption généralisée de la technologie GaN est la limite du silicium. Après tout, notre tendance technologique repose sur une meilleure miniaturisation et efficacité.

Par exemple, les ordinateurs étaient autrefois des machines de la taille d’une pièce qui utilisaient des tubes à vide colossaux qui nécessitaient beaucoup d’énergie pour fonctionner. L’invention du semi-conducteur au silicium nous a ensuite permis d’emballer une même puissance dans une puce de la taille d’un ongle.

C’est pourquoi votre smartwatch est aujourd’hui plus puissante que l’ordinateur de bord d’Apollo 11 qui a emmené les premiers humains sur la lune en 1969.

En 1965, Gordon Moore, directeur de la recherche et du développement de Fairchild Semiconductor et futur président d’Intel Corporation, a déclaré que les transistors sur les puces intégrées doubleraient tous les deux ans.

Cette prédiction s’est largement avérée vraie. En 1971, les puces avaient moins de 5 000 transistors. Mais aujourd’hui, même les processeurs mobiles ont plus de 10 milliards de transistors. Les derniers processeurs grand public disposent d’un transistor de 5 nm, et nous nous attendons à ce qu’il se réduise à 2 nm en 2024.

Cependant, bien que les fabricants trouvent encore le moyen de miniaturiser le silicium, nous atteindrons bientôt ses limites physiques. L’atome de silicium mesure environ 0,2 nm, ce qui donne aux transistors actuels une largeur d’environ 25 atomes.

Le processus de 2 nm signifie que nous n’aurons qu’une dizaine d’atomes de silicium par transistor. Si on descend en dessous, le transistor devient instable et difficile à contrôler.

L’avenir est au GaN

Pour ces raisons, beaucoup voient le GaN comme le futur remplaçant du silicium. Ses propriétés le rendent environ mille fois plus efficace que le silicium. Donc, si vous avez un GaN de 10 nm, vous pouvez vous attendre à ce qu’il soit bien plus puissant qu’une puce à base de silicium de taille équivalente.

Alors que le silicium atteindra lentement mais sûrement sa taille maximale de miniaturisation, la technologie GaN finira par conquérir le monde informatique. Alors, jetez un coup d’œil à votre chargeur GaN rapide, car c’est probablement ce que sera l’avenir : compact, efficace et puissant.