Давние прогнозы о завершении эпохи кремния могут быть реализованы в ближайшие десять лет. Silicon-Tech достиг теоретического предела в гонке за мощностью и энергоэффективностью. Крупные игроки, а также многочисленные стартапы полупроводниковой отрасли проводят эксперименты с новыми элементами — карбидом кремния (SiC) и нитридом галлия (GaN). Приоритет, вероятно, будет отдан нитриду галлия. С точки зрения физики он обладает самым сильным козырем — наиболее широкой запрещенной зоной, то есть областью значения энергий, от которой зависит, насколько хорошо материал может проводить электричество. Этот показатель у него равен 3,4 эВ, тогда как у карбида кремния — 3,2 эВ, а у широко используемого кремния — всего 1,1 эВ. Это означает, что GaN-транзисторы способны пропускать через себя больший ток, при этом меньше нагреваясь в процессе работы и переключения по сравнению с кремниевыми аналогами. В зарядных устройствах телефонов, блоков питания ноутбуков и компьютеров подобное преимущество позволяет сохранять постоянные рабочие характеристики и не снижать эффективность при более высоких температурах. Да и в целом кристаллы нитрида галлия более устойчивы к воздействию экстремальных температур — они работоспособны при 300 °C с обычным воздушным охлаждением, тогда как предельная температура кремниевых чипов не более 150 °C. В теории устройства на основе GaN могут работать в 20 раз быстрее и обеспечивают почти стопроцентный КПД. Подсчитано также, что при производстве GaN-транзисторов выбросы в атмосферу СО2 в 10 раз ниже, и если вся полупроводниковая промышленность перейдет на нитрид галлия, выбросы углерода сократятся на 2,6 Гт в год. По подсчетам Дэна Кинцера, соучредителя ирландской компании Navitas Semiconductor, одного из лидеров рынка альтернативных полупроводников, если к этому прямому экологическому эффекту добавить вклад GaN в создание более компактных, легких и энергоэффективных приложений, получится, что на каждый поставляемый чип нитрид галлия «экономит» 4 кг СО2 по сравнению с кремнием.
Для новой технологической индустрии, к которой стремится мир, — с «зеленой» энергетикой, электромобилями, связью 5G — этот материал подходит по всем параметрам. В том числе по себестоимости изготовления чипов. Если другие перспективные претенденты на роль «нового кремния» при ударных показателях работы слишком дороги в производстве, то нитрид галлия при определенных условиях может стать даже дешевле кремния. Устройства из него можно изготавливать на тех же заводах, что и кремниевые; чипы могут быть обработаны без дорогостоящего оборудования и специальных процессов. Упаковка для Si-устройств, защищающая их от загрязнения или короткого замыкания, часто может составлять половину их цены, для GaN-чипов такая защита не нужна, что значительно снижает их себестоимость.
