Κινέζοι επιστήμονες αποκάλυψαν μια επαναστατική καινοτομία στην υπερψύξη για την τεχνολογία των ημιαγωγών, ανοίγοντας τον δρόμο για μια αύξηση 40% στην απόδοση των συστημάτων ραντάρ που βασίζονται στο νιτρίδιο του γαλλίου (gallium nitride). Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως στα πιο προηγμένα αεροσκάφη stealth της Κίνας.
Τα νέα τσιπ, κατασκευασμένα στην Κίνα, μπορούν να διαχειριστούν ακραία φορτία ισχύος στις ζώνες X και Ka, συχνότητες κρίσιμες για τα προηγμένα συστήματα ραντάρ, τις δορυφορικές επικοινωνίες και τα ασύρματα δίκτυα υπολογιστών επόμενης γενιάς. “Αυτή είναι η πιο σημαντική πρόοδος σε αυτόν τον τομέα εδώ και σχεδόν δύο δεκαετίες”, ανέφερε το πανεπιστήμιο Xidian της βορειοδυτικής Κίνας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης την Τρίτη.
Ο Zhou Hong, επικεφαλής του έργου στο πανεπιστήμιο, τόνισε ότι η τεχνολογία βελτιώνει σημαντικά το εύρος ανίχνευσης του εξοπλισμού ραντάρ, χωρίς να αυξάνει το μέγεθος του τσιπ. Πρόσθεσε ότι όταν εφαρμοστεί σε κινητά δίκτυα, παρέχει ευρύτερη κάλυψη σήματος και μειώνει το κόστος ενέργειας.
Σύμφωνα με το πανεπιστήμιο, που αποτελεί κορυφαίο ίδρυμα στην τεχνολογία ηλεκτρονικού πολέμου, αυτή η καινοτομία θα βοηθήσει στην εδραίωση της κυριαρχίας της Κίνας στην τεχνολογία ημιαγωγών τρίτης γενιάς νιτριδίου του γαλλίου και στα μελλοντικά τσιπ.
Κινεζικά αεροσκάφη stealth, όπως τα J-20 και J-35, χρησιμοποιούν ραντάρ νιτριδίου του γαλλίου, επιτρέποντάς τους να “βλέπουν” μακρύτερα από τους αμερικανικούς αντιπάλους τους, όπως το F-22, το οποίο χρησιμοποιεί παλαιότερη τεχνολογία. Το αμερικανικό στρατιωτικό τμήμα αναβαθμίζει το F-35 με ραντάρ νιτριδίου του γαλλίου, αλλά η διαδικασία αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2031, καθυστερώντας πέντε χρόνια σε σχέση με το αρχικό χρονοδιάγραμμα.
Η Κίνα είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός γαλλίου παγκοσμίως. Το Πεκίνο έχει απαγορεύσει τις εξαγωγές του μετάλλου σε αμερικανικούς αμυντικούς χρήστες.
Οι επιστήμονες εργάστηκαν πάνω από δύο δεκαετίες για να ξεπεράσουν αυτό που χαρακτήρισαν ως το μεγαλύτερο εμπόδιο για πιο ισχυρά τσιπ ραδιοσυχνοτήτων: την υπερθέρμανση. Μετέτρεψαν την άνιστη στρώση συγκόλλησης στις συσκευές ημιαγωγών –μια ενδιάμεση στρώση που συνδέει υποστρώματα από διαφορετικά υλικά– σε μια λεία μεμβράνη, εξαλείφοντας έτσι τα εμπόδια που παγίδευαν προηγουμένως τη θερμότητα μέσα στο τσιπ.
Αυτό οδήγησε σε “άλμα στην απόδοση” της λειτουργίας του τσιπ και στην ικανότητά του να αποβάλλει θερμότητα, σύμφωνα με την ομάδα. Βασιζόμενη σε αυτήν την πρόοδο, η ομάδα ανέπτυξε μια διάταξη μικροκυμάτων νιτριδίου του γαλλίου –ένα εξειδικευμένο τσιπ που μπορεί να ενισχύσει την ενέργεια των σημάτων μικροκυμάτων υψηλής συχνότητας, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στο 5G και στα ραντάρ.
Αυτή η νέα εξέλιξη θα ενισχύσει την ηγετική θέση της Κίνας στην τεχνολογία ημιαγωγών νιτριδίου του γαλλίου, η οποία “έχει φτάσει σε ωριμότητα”, σύμφωνα με έκθεση του Σεπτεμβρίου από το Ινστιτούτο Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών. Το πανεπιστήμιο Xidian αναφέρει ότι η ωρίμανση αυτής της τεχνολογίας θα εδραιώσει το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα της Κίνας στους ημιαγωγούς τρίτης γενιάς, επιταχύνοντας παράλληλα την πρακτική εφαρμογή των ημιαγωγών τέταρτης γενιάς.
Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances στις 19 Νοεμβρίου. Σύμφωνα με την ομάδα, μια βασική πρόκληση στις συσκευές ημιαγωγών έγκειται στο πώς να ενσωματωθούν αποδοτικά και αξιόπιστα τα διαφορετικά υλικά στρώσεων, καθώς η ποιότητα των διεπαφών καθορίζει τη συνολική απόδοση. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τους ημιαγωγούς τρίτης γενιάς, όπως το νιτρίδιο του γαλλίου, και τους ημιαγωγούς τέταρτης γενιάς, όπως το οξείδιο του γαλλίου.
Οι παραδοσιακές προσεγγίσεις χρησιμοποιούν το νιτρίδιο του αργιλίου ως ενδιάμεση “στρώση συγκόλλησης”. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία ανάπτυξης –δηλαδή τη δημιουργία μιας νέας, εξαιρετικά λεπτής στρώσης πάνω από μια βασική στρώση– αυτή η στρώση σχηματίζει αυθόρμητα αμέτρητα ακανόνιστα και άνισα “νησιά” ή εξογκώματα, σύμφωνα με τον Zhou. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντική αντίσταση στη μεταφορά θερμότητας και συσσώρευση θερμότητας εντός του τσιπ, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε υποβάθμιση της απόδοσης.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, η ομάδα ανέπτυξε μια νέα τεχνική που μετέτρεψε την τυχαία και άνιστη διαδικασία ανάπτυξης της στρώσης συγκόλλησης σε ακριβή, ομοιόμορφη ανάπτυξη που μπορεί να ελεγχθεί. Διαπίστωσαν ότι η θερμική αντίσταση –η ποσότητα θερμότητας που ρέει ανά μονάδα χρόνου– της νέας δομής μειώθηκε κατά ένα τρίτο σε σύγκριση με την παραδοσιακή προσέγγιση, επιτυγχάνοντας “αξιοσημείωτη” βελτίωση στην απόδοση των συσκευών ισχύος ραδιοσυχνοτήτων.
Ο Zhou δήλωσε ότι η πραγματική αξία της έρευνάς τους έγκειται στο ότι παρέχει ένα “επαναλήψιμο παράδειγμα” για την αντιμετώπιση της παγκόσμιας πρόκλησης της ενσωμάτωσης ποικίλων υλικών τσιπ.
Το πανεπιστήμιο Xidian είναι ένα κορυφαίο δημόσιο ερευνητικό πανεπιστήμιο στην πόλη Xian της επαρχίας Shaanxi, με ειδίκευση στα ηλεκτρονικά, την τεχνολογία πληροφοριών και συναφείς μηχανικούς κλάδους. Ιδρύθηκε το 1931 ως Σχολή Ραδιοφώνου της Κεντρικής Στρατιωτικής Επιτροπής του Κομμουνιστικού Κόμματος στην Ruijin, επαρχία Jiangxi, και αποτελεί το πρώτο ίδρυμα μηχανικής της χώρας αφιερωμένο στην τεχνολογία ραδιοφώνου. Τον Δεκέμβριο, μια ομάδα από το πανεπιστήμιο ανέπτυξε μια έξυπνη επιφάνεια που μπορεί να μετατρέπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη ευφυών συστημάτων stealth και ασύρματων επικοινωνιών 6G επόμενης γενιάς.
