Команда вчених з Брістольського університету розробила SLCFET, проривну транзисторну структуру, яка використовує ефект засувки в GaN матеріалах для підвищення швидкості та потужності, просуваючи майбутнє 6G.
Автономні автомобілі, що усувають затори, миттєве отримання діагнозу здоров’я, не виходячи з дому, або відчуття дотику близьких по всьому континенту можуть звучати як наукова фантастика. Однак нове дослідження, проведене Брістольським університетом та опубліковане в журналі Nature Electronics, може наблизити ці можливості до реальності завдяки новаторському прориву в технології напівпровідників.
Ці футуристичні концепції залежать від здатності спілкуватися та передавати величезні обсяги даних набагато швидше, ніж дозволяють сучасні мережі. Для підтримки цього фізики розробили інноваційний метод пришвидшення передачі даних між багатьма користувачами, потенційно в глобальному масштабі.
Безмежні можливості, що забезпечуються інноваціями
Співавтор дослідження Мартін Кубалл, професор фізики Брістольського університету, сказав: «Протягом наступного десятиліття раніше майже немислимі технології для трансформації широкого спектру людського досвіду можуть стати широко доступними. Можливі переваги також далекосяжні, включаючи досягнення в охороні здоров’я з дистанційною діагностикою та хірургією, віртуальними класами та навіть віртуальним туризмом для відпочинку».
«Крім того, існує значний потенціал для передових систем допомоги водієві для підвищення безпеки дорожнього руху та промислової автоматизації для підвищення ефективності. Список можливих застосувань 6G нескінченний, а межею є лише людська уява. Тож наші інноваційні відкриття в галузі напівпровідників надзвичайно захопливі та допоможуть просувати ці розробки швидко та масштабно».
Загальновизнано, що перехід від 5G до 6G вимагатиме значного оновлення напівпровідникових технологій, схем, систем та пов’язаних з ними алгоритмів. Наприклад, ключові напівпровідникові компоненти, що беруть участь у цьому процесі — радіочастотні підсилювачі, виготовлені з матеріалу, відомого як нітрид галію (GaN), — повинні стати значно швидшими, виробляти більше енергії та працювати з більшою надійністю.
Розкриття потужності підсилювача наступного покоління
Команда міжнародних вчених та інженерів протестувала нову архітектуру, яка значно підвищила продуктивність підсилювачів на основі GaN. Цей прорив став можливим завдяки відкриттю ефекту засувки в GaN, що призвело до значного покращення продуктивності радіочастотних пристроїв. Ці пристрої наступного покоління використовують паралельні канали, які потребують бічних ребер товщиною менше 100 нм – типу транзистора, який контролює потік струму через пристрої.
Співавтор дослідження, доктор Ахіл Шаджі, почесний науковий співробітник Брістольського університету, пояснив:
«Ми разом з колегами випробували технологію пристрою під назвою надґраткові корончасті польові транзистори (SLCFET), в яких понад 1000 ребер шириною менше 100 нм допомагають керувати струмом. Хоча SLCFET продемонстрували найвищу продуктивність у діапазоні частот W-діапазону, що дорівнює 75 гігагерцам -110 ГГц, фізика, що лежить в основі цього, була невідома». «Ми визнали, що це ефект засувки в GaN, який забезпечує високу радіочастотну продуктивність».
Виявлення та перевірка ефекту засувки
Потім дослідникам потрібно було точно визначити, де саме відбувається цей ефект, одночасно використовуючи надточні електричні вимірювання та оптичну мікроскопію, щоб його можна було далі вивчити та зрозуміти. Після аналізу понад 1000 плавців було виявлено, що цей ефект локалізується в найширшому плавці.
Професор Кубалл, який також є завідувачем кафедри нових технологій Королівської інженерної академії, додав: «Ми також розробили 3D-модель за допомогою симулятора для подальшої перевірки наших спостережень. Наступним завданням було вивчення аспектів надійності ефекту фіксації для практичного застосування. Ретельне тестування пристрою протягом тривалого часу показало, що він не має негативного впливу на надійність чи продуктивність пристрою».
«Ми виявили, що ключовим аспектом, що забезпечує цю надійність, був тонкий шар діелектричного покриття навколо кожного з ребер. Але головний висновок був очевидним – ефект засувки можна використовувати для незліченних практичних застосувань, які можуть допомогти змінити життя людей багатьма різними способами в найближчі роки».
З нетерпінням чекаємо майбутніх заявок
Наступні кроки роботи включають подальше збільшення щільності потужності, яку можуть забезпечувати пристрої, щоб вони могли пропонувати ще вищу продуктивність та обслуговувати ширшу аудиторію. Галузеві партнери також виводитимуть такі пристрої наступного покоління на комерційний ринок.
Дослідники з Брістольського університету перебувають на передовій покращення електричних характеристик та ефективності в широкому спектрі різних застосувань та умов. Професор Кубалл очолює Центр термографії та надійності пристроїв (CDTR), який розробляє напівпровідникові електронні пристрої наступного покоління для нульових викидів, а також для комунікаційних та радіолокаційних технологій. Він також працює над покращенням терморегуляції, електричних характеристик та надійності пристроїв, використовуючи напівпровідники з широкою та надширокою забороненою зоною.
