Teknolojik gelişme başlıklı bir yerde kimyasal bir bileşik kullanmak garip gelmiş olabilir. Ancak bahsedeceğimiz bileşik birçok teknolojik cihazın geleceğini değiştirebilecek türden bir bileşik olmakta. Hayatınızda Silikon tanımını ilk duyduğunuz zamanları hatırlıyor musunuz? Fiziksel olarak aklınıza gelen madde Silikon tabancalarından çıkan bazen beyaz bazen şeffafımsı renkte olan bir cisim değil mi? Ancak konu bilgisayarlar olunca (bunu kesinlikle dizüstü-masaüstü bilgisayarlar tanımıyla sınırlamayın. Gerek beyaz eşya gerek şarj aletleri vb. cihazlarda bilgisayarlar bulunmaktadır) en ünlü tanım Silikon Vadisidir. Bilgisayarların geliştirildiği yeri tanımlamak için kullanılır ve ismini yıllardır transistörlerin, entegrelerin, diyotların yapımında önemli yer edinen silikondan alır.

Silikon uzun zamandır görevini fazlasıyla iyi bir şekilde yerine getirebiliyordu. Özellikle MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) denilen modern dünyanın enerjiyi güce çevirmedeki en önemli yapı taşlarından birinin ana maddesiydi. Ancak son yıllarda teknolojinin hızla gelişmesinin getirdiği bazı sonuçlar artık silikonun yetersiz kaldığı noktalara yaklaştığımızın habercisiydi. Mesela bir bilgisayarın yüksek görev altında aşırı ısınması ki bu sayı karşımıza 70-90 hatta çok daha yüksek derece sıcaklıklar olarak karşımıza çıkıyor. Şarj aletleri de eğer fark ederseniz uzun kullanımlar sonrasında epey ısınan aletlerden bir diğeri. Neden bunlara değindiğimi birazdan anlayacaksınız.

Bir cihazın performansını ısınma miktarı fazlasıyla etkiler. İçindeki donanımlar ne kadar az ısınırsa o kadar yüksek performans verebilirler. Fiziğin bize öğrettiği en temel şeylerden birisi bir madde ne kadar titreşirse o kadar ısı ve dolayısıyla sıcaklık ortaya çıkartır. Bilgisayarların çalışmasında titreşim zorunlu olarak var olan bir sistem ancak yine fiziğin bizlere öğrettiği şeylerden birisi enerji kaybıdır. En ideal koşul; enerjiyi olabildiğince sıcaklık yerine işleme dönüştüren bir sistem oluşturmak.

Bu sistem size ne fayda sağlar? En başta daha performanslı bir sisteme sahip olursunuz. Şu an bu yazıyı okuduğunuz bilgisayarın veya telefonun içinde Silikon yerine Gallium Nitride bulunsaydı aynı iş yapmak için çok daha az enerji harcayacaktı. Çok daha az enerji harcaması aynı zamanda çok daha az ısınması, oyun oynarken elinizin yanmaması anlamına gelecekti. Ayrıca aynı bataryanın size çok daha uzun süre gitmesi anlamına gelecekti.

2016 yılında Samsung piyasaya Galaxy Note 7 adlı telefonunu çıkartmıştı. Ancak hepiniz o telefonu muhtemelen bir bomba olarak hatırlıyorsunuzdur. İlk patlayan telefon değildi ancak içindeki sistem ile bataryanın global seviyede sorun çıkartabilecek kadar yanlış kullanıldığı anlardan birisiydi. Samsung telefonları geri topladı, nerede hata yaptığını araştırdı derken bugündeyiz. Basitçe bütün patlamaların arkasında aslında cihazın ısınması ve bataryanın ısınmadan kaynaklı olarak patlaması yatıyordu. Dolayısıyla cihazda batarya tamamen değişmeden bu sorun çözülemedi. O modeli de karşımıza Fan Edition olarak çıkartmışlardı zaten.

Geçmişi değiştiremeyeceğimizi (en azından şimdilik) hatırladıktan sonra bugüne geri dönelim. GaN(Gallium Nitride) dediğimiz bileşik Silikonun yerini alması bekleniyor. Peki GaN bileşiğiyle yapılmış ürünlerin avantajları nelerdir:

1-Daha az enerji harcar:

GaN yarı iletkenlerin doğal olarak daha verimli olması sayesinde daha az enerji ısı olarak harcanır ve kuracağınız sistemin boyutu ve materyal maliyeti azalır.

2-Daha yüksek enerji yoğunluğu(daha az hacimle):

Silikondan daha yüksek anahtarlama frekansına ve çalışma sıcaklığına sahip olması; daha düşük soğutma gereksinimi, daha küçük ısı emiciler, sıvı soğutmadan hava soğutmasına dönüşüm, fanlara olan ihtiyacın ortadan kalkması ve daha az manyetik kullanımına imkan sağlar.

 

3-Daha yüksek anahtarlama frekansı:

Daha yüksek anahtarlama frekansına sahip olması GaN cihazlara daha küçük bobin ve kapasitörlerin devrede kullanılmasına olanak tanır. Endüktans ve kapasitans, frekansla orantılı olarak azalır. Frekansta 10 kat artış, kapasitans ve endüktansta 10 kat azalma sağlar.Bu ağırlıkta, hacimde ve dolayısıyla maliyette düşüşe neden olabilir. Ek olarak daha yüksek frekanslı motor sürücü uygulamalarında daha az akustik gürültüye neden olabilir. Yüksek frekans aynı zamanda daha yüksek güçte kablosuz güç transferine olanak sağlar.

4-Daha düşük sistem maliyeti:

GaN yarı iletkenler genellikle silikon yarı iletkenlerden daha pahalı olsa da sistem seviyesinde maliyet düşüşlerine sağlar. Bu maliyet düşüşünü pasif endüktif ve kapasitif devre elemanları, filtreler, soğutmalar, vb. ürünleerin GaN ile kullanılmasıyla sağlar. Tasarruf %10-20 arasında değişmektedir.

Dolayısıyla GaN hayatımıza silikonun gerçekten iyi bir alternatifi olarak giriyor. Hatta hayatımıza girmiş durumda bile diyebiliriz. Anker, Aukey,  RAVPower, Baseus gibi markaların çıkarttığı şarj aletlerinde GaN yer almakta. Bu şarj cihazlarında sağladığı en büyük değişim ise deyim yerindeyse tuğla gibi iri olacak şarj cihazlarının, küçük iPhone şarj aletleri kadar küçülmüş ancak bir ultrabook’u şarj edebilecek kadar güçlü şarj aletlerinin üretilmesini sağladı.

Yazımın sonuna şu notu eklemek istiyorum. Bu yazıyı yazan kişi olarak kimya bilgim lisede sayısal öğrencisi birisinin bildiği kimyadan çok uzak değil. Bu yazıları yazmamın asıl sebebi bu konu hakkında hiçbir fikri olmayan kişilerinde anlayabileceği seviyeye indirebilmek sizlerde bir merak araştırma kıvılcımı oluşturabilmek. Eğer araştırır ve eksik/yanlış bilgilerimi bulursanız lütfen düzeltmeme yardımcı olun. Bilimle kalın.