Μια ερευνητική ομάδα σε κινεζικό πανεπιστήμιο ανέπτυξε μια νέα μέθοδο παραγωγής προηγμένων υπέρυθρων τσιπ, η οποία αναμένεται να μειώσει δραματικά το κόστος τους και να βελτιώσει την απόδοση των καμερών στα smartphones, καθώς και των αυτόνομων οχημάτων. Το κλειδί της επιτυχίας ήταν η εξεύρεση ενός τρόπου για την κατασκευή των τσιπ με συμβατικές μεθόδους παραγωγής, αντί για τα εξειδικευμένα και δαπανηρά υλικά που χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν.

Η μαζική παραγωγή αναμένεται να ξεκινήσει μέχρι το τέλος του έτους, σύμφωνα με σχετική ανακοίνωση από το Xidian University. Τα εν λόγω τσιπ ανιχνεύουν υπέρυθρη ακτινοβολία βραχέων κυμάτων (SWIR), η οποία είναι αόρατη στο ανθρώπινο μάτι και μπορεί να διαπεράσει ομίχλη, αχλύ και καπνό. Κάμερες ικανές να ανιχνεύουν SWIR μπορούν να τραβούν φωτογραφίες σε πλήρες σκοτάδι, ακόμη και να «βλέπουν» μέσα από ορισμένα υλικά.

Αυτό μπορεί να επιτρέψει στα αυτόνομα οχήματα να “βλέπουν” μέσα από πυκνή ομίχλη, στους σαρωτές εργοστασίων να εντοπίζουν ελαττωματικά προϊόντα μέσα από τη συσκευασία τους, και στα ανθρωπόμορφα ρομπότ να αποφεύγουν συγκρούσεις στο σκοτάδι. Ωστόσο, αυτή η τεχνολογία μέχρι πρότινος είχε απαγορευτικό κόστος, γεγονός που περιόριζε τη χρήση της σε στρατιωτικές εφαρμογές και σε υψηλού επιπέδου επιστημονική έρευνα, όπως η δορυφορική αναγνώριση, η επιτήρηση με drones και η καθοδήγηση πυραύλων.

Ένα μόνο τέτοιο τσιπ μπορούσε να κοστίζει από μερικές εκατοντάδες έως μερικές χιλιάδες δολάρια ΗΠΑ. Ο λόγος ήταν ότι αυτά τα τσιπ βασίζονταν συνήθως στο ακριβό ίνδιο-γαλλιο-αρσενικό (InGaAs), το οποίο είναι δύσκολο να ενσωματωθεί στις ευρύτερα χρησιμοποιούμενες διαδικασίες κατασκευής.

Στις 29 Μαρτίου, το Xidian University ανακοίνωσε ότι μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Hu Huiyong, υιοθέτησε μια πρωτοποριακή προσέγγιση. Χρησιμοποίησαν επεξεργασία πυριτίου-γερμανίου και συμπληρωματικών μεταλλικών οξειδίων-ημιαγωγών πυριτίου (CMOS) – και οι δύο κοινώς χρησιμοποιούμενες για την κατασκευή τσιπ. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό επέτρεψε την επίτευξη θεωρητικής μείωσης κόστους έως και 99%, που αντιστοιχεί περίπου σε 10 δολάρια ΗΠΑ, σε σύγκριση με τα τσιπ που βασίζονται στο InGaAs.

«Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να παράγουμε ανιχνευτές υπέρυθρης ακτινοβολίας βραχέων κυμάτων, οι οποίοι προηγουμένως ήταν απαγορευτικά ακριβοί, χρησιμοποιώντας τις ίδιες μεθόδους και το ίδιο κόστος βάσης με την κατασκευή τσιπ για smartphones», δήλωσε ο Wang Liming, μέλος της ομάδας, σύμφωνα με την ανακοίνωση.

Ωστόσο, η επίτευξη αποτελεσμάτων εφάμιλλων με ακριβά υλικά, χρησιμοποιώντας φθηνότερα, δεν ήταν εύκολη. Η απόσταση μεταξύ των ατόμων στα κρυσταλλικά πλέγματα του πυριτίου και του γερμανίου διαφέρει κατά 4,2%. Αυτή η ασυμφωνία μπορεί να προκαλέσει ελαττώματα στα τσιπ και αποτελεί τον κύριο λόγο που αυτή η προσέγγιση για την κατασκευή τσιπ SWIR δεν είχε χρησιμοποιηθεί ευρέως.

Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, η ομάδα πρόσθεσε ενδιάμεσα στρώματα για να “απορροφήσει” τους κραδασμούς του υλικού. Σφράγισαν επίσης την επιφάνεια των τσιπ με θερμική επεξεργασία και χημικές τεχνικές, για να αποτρέψουν τη διαρροή ηλεκτρικού ρεύματος.

«Είτε ως προς την αποδοτικότητα ανίχνευσης είτε ως προς τον έλεγχο θορύβου, τα επιτεύγματα της ομάδας έχουν φτάσει ή και ξεπεράσει τα πιο προηγμένα επίπεδα που έχουν επιδείξει παγκόσμιοι ηγέτες του κλάδου, όπως η Sony, η TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) και η Artilux, με έδρα την Ταϊβάν», ανέφερε η ανακοίνωση.

Αξιοποιώντας το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Hangzhou του Xidian University και τη δική τους εταιρεία, Zhixin Semiconductor, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει μια ολοκληρωμένη εσωτερική αλυσίδα για έρευνα, ανάπτυξη και παραγωγή. Μια ειδική γραμμή παραγωγής πυριτίου-γερμανίου βρίσκεται υπό κατασκευή και αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία μέχρι το τέλος του έτους. «Αυτή η καινοτομία θα φέρει την τεχνολογία SWIR από τις στρατιωτικές και εργαστηριακές εφαρμογές υψηλού επιπέδου στην ευρεία πολιτική χρήση», δήλωσε το πανεπιστήμιο.