สารกึ่งตัวนำที่นำมาใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ หลายคนน่าจะคุ้นชินกับซิลิกอน (Silicon) เป็นอย่างดี เนื่องจากวัสดุชนิดนี้ได้เข้ามามีบทบาทกับการพัฒนาเทคโนโลยีและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เป็นเวลานานกว่า 40 ปีแล้ว แต่สิ่งที่หลายคนอาจจะยังไม่ทราบ หรือไม่ทันได้สังเกตก็คือ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้ได้เริ่มมีการนำวัสดุชนิดใหม่อย่าง GaN หรือที่เรียกว่า แกลเลียมไนไตรด์มาใช้แทนแล้ว และสิ่งที่พบเห็นได้ทั่วไปหรืออยู่ใกล้ตัวเรามากที่สุด ก็คืออะแดปเตอร์ที่เราใช้ชาร์จแบตเตอรี่มือถือนี่แหล่ะ
แน่นอนว่าหากคุณสงสัยว่า GaN ดีต่างจากซิลิกอนที่ใช้กันอยู่ทั่วไปอย่างไร บทความนี้มีคำตอบ รวมทั้งจะไขข้อสงสัยให้ด้วยว่า เหตุใดมันจึงเป็นทางเลือกใหม่ของที่ชาร์จอุปกรณ์มือถือในปัจจุบัน
คุณลักษณะเฉพาะของ GaN
GaN (Gallium Nitride) เป็นสารประกอบทางเคมีที่มีลักษณะเป็นผลึกใส มีคุณสมบัติในการเป็นวัสดุกึ่งตัวนำหรือเป็นเซมิคอนดักเตอร์เหมือนกับซิลิกอน รวมไปถึงวัสดุอย่างเจอร์มาเนียม (Ge) นั่นคือเป็นวัสดุที่มีความกว้างของช่องว่างระหว่างแถบพลังงานหรือที่เรียกว่า Bandgap (หรือบางครั้งเรียกว่า Energy gap) อยู่ในช่วงระหว่างวัสดุตัวนำไฟฟ้า (Conductor) กับฉนวน (Insulator) โดยเมื่ออยู่ในสภาวะปกติ วัสดุชนิดนี้จะไม่นำไฟฟ้า แต่ก็สามารถนำไฟฟ้าได้หากมีพลังงานในระดับที่เหมาะสมมากระตุ้น จนทำให้อิเล็กตรอนในแถบวาเลนซ์หลุดจากโครงสร้างอะตอม ข้ามช่องว่างระหว่างแถบพลังงานขึ้นไปอยู่ในแถบนำไฟฟ้า แล้วเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระจนทำให้ภายในวัสดุเกิดสภาพของการนำไฟฟ้า แต่ความแตกต่างที่ทำให้ GaN เป็นวัสดุกึ่งตัวนำที่มีประสิทธิภาพทางด้านไฟฟ้าที่ดีกว่าก็คือ การมีความกว้างของช่องว่างระหว่างแถบพลังงานถึง 3.4ev ในขณะที่ซิลิกอนมีความกว้างประมาณ 1.12ev เท่านั้น
ช่องว่างระหว่างแถบพลังงานที่กว้างกว่า เป็นสิ่งที่บ่งชี้ให้เห็นว่า GaN เป็นวัสดุกึ่งตัวนำที่สามารถนำไฟฟ้าได้ดีกว่าซิลิกอนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน รวมทั้งรองรับแรงดันไฟฟ้าได้สูงกว่าและทนทานต่อการเกิดความร้อนได้ดีกว่า นอกจากนี้บริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ก็ได้พิสูจน์แล้วว่า GaN เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพดีกว่าซิลิกอนอย่างน้อยถึง 1,000 เท่า และก็ดีกว่าซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) เกือบ 3 เท่า รวมทั้งยังช่วยลดต้นทุนในการผลิตเป็นจำนวนมากได้ด้วย
ข้อดีเมื่อ GaN ถูกนำมาใช้กับที่ชาร์จมือถือ
จากคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีกว่า ทำให้ GaN เป็นวัสดุกึ่งตัวนำที่เหมาะกับการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันมาก โดยเฉพาะกับที่ชาร์จแบตเตอรี่ของอุปกรณ์มือถือ เพราะวันนี้ต้องยอมรับว่าทุกคนต่างก็ต้องการที่ชาร์จที่สามารถในการจ่ายพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้มีระยะเวลาการชาร์จที่สั้นลง และที่สำคัญคือต้องปลอดภัย รวมทั้งสามารถพกพาไปใช้ในที่ต่างๆ ได้อย่างสะดวกด้วย
ชาร์จเร็วและมีประสิทธิภาพ
จากคุณสมบัติของ Bandgap ที่กว้างกว่า ทำให้ที่ชาร์จแบตเตอรี่ที่ใช้เทคโนโลยี GaN หรือมีชิปที่ผลิตด้วย GaN สามารถจ่ายไฟได้อย่างราบรื่น รวดเร็ว โดยสามารถออกแบบให้มีกำลังไฟและรองรับจ่ายไฟด้วยแรงดันไฟสูงๆ ได้ดีกว่าการใช้ซิลิกอน ดังนั้นนอกจากจะรองรับระบบชาร์จเร็วแบบต่างๆ ได้อย่างไม่มีปัญหาแล้ว ยังสามารถออกแบบให้จ่ายไฟกับหลายๆ อุปกรณ์พร้อมกันได้ด้วย
ขนาดกะทัดรัดกว่า
ที่ชาร์จที่กำลังในการจ่ายไฟสูงๆ มักจะมาพร้อมกับวงจรที่ซับซ้อนและมีการใช้ส่วนประกอบเป็นจำนวนมาก ดังนั้นที่ชาร์จเหล่านี้จึงมักจะมีขนาดรูปร่างที่ค่อนข้างใหญ่ แต่สำหรับที่ชาร์จที่ใช้ความสามารถจาก GaN จะไม่เป็นอย่างนั้น เพราะหากเทียบกันด้วยความสามารถในการจ่ายไฟที่เท่าๆ กัน ที่ชาร์จที่เป็นเทคโนโลยี GaN อาจมีขนาดที่เล็กกว่ากันถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นมันจึงพกพาได้สะดวกมาก
ปลอดภัย ไม่มีปัญหาความร้อน
Bandgap ที่กว้างกว่าของ GaN ไม่เพียงแต่ทำให้ที่ชาร์จจ่ายไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังมีการสูญเสียพลังงานต่ำ ส่งผลให้มีความร้อนต่ำตามไปด้วย ดังนั้นเมื่อเทียบกับที่ชาร์จที่เป็นซิลิกอน การจ่ายพลังงานในระดับที่เท่าๆ กันของที่ชาร์จ GaN จึงมีความปลอดภัยและไม่มีปัญหาเรื่องความร้อนเลย
ส่วนใหญ่แพงกว่า แต่คุ้มค่ากับการเลือกซื้อ
แม้จะมีข้อดีมากมาย แต่ GaN ก็เป็นวัสดุกึ่งตัวนำที่เป็นสารประกอบ ซึ่งการได้มาต้องอาศัยกระบวนการผลิตในเชิงสังเคราะห์ที่มีความซับซ้อนโดยใช้เทคโนโลยีที่ทันสมัย ส่งผลให้การผลิตชิป GaN มีต้นทุนสูงกว่าการใช้ซิลิกอนแบบเดิมๆ ดังนั้นที่ชาร์จที่ใช้เทคโนโลยีนี้ มักจะมีจึงราคาสูงกว่าที่ชาร์จทั่วไปอยู่ระดับหนึ่ง แต่อย่างไรก็ดีหากเทียบกับข้อดีต่างๆ ที่ได้รับแล้ว การเลือกใช้ที่ชาร์จที่เป็น GaN ก็ยังเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่า น่าลงทุน เนื่องจากราคาของมันยังอยู่ในระดับที่เอื้อมถึงได้ ไม่ได้สูงจนโอเวอร์ หรืออย่างเช่น S-GEAR AD002-65W SET ที่จ่ายไฟได้ถึง 65 วัตต์ โดยชาร์จได้ 3 อุปกรณ์พร้อมกัน และมีสาย USB Type-C อย่างดีให้มาด้วย ก็หาซื้อได้ในราคาเพียง 1,199 บาทเท่านั้น