Przełom w technologii wojskowej. Chiny ruszą z produkcją półprzewodników GaN?
Chińscy naukowcy zidentyfikowali główną przyczynę defektów w kryształach azotku galu (GaN), a więc kluczowego materiału półprzewodnikowego stosowanego w zaawansowanej elektronice i to zwłaszcza w aplikacjach wojskowych. To odkrycie może znacząco poprawić zdolności produkcyjne państwa właśnie w zakresie technologii GaN, wzmacniając jego pozycję w globalnym wyścigu technologicznym. Tak się składa, że mówimy tutaj o półprzewodniku trzeciej generacji, który charakteryzuje się szeroką przerwą energetyczną wynoszącą 3,4 eV. Dzięki temu umożliwia pracę urządzeń przy wyższych napięciach, częstotliwościach i temperaturach w porównaniu do tradycyjnych półprzewodników na bazie krzemu.
Czytaj też: Chiny mają coś ważnego do ogłoszenia. Akumulatory, które zrewolucjonizują samochody elektryczne
Dzięki swoim unikalnym właściwościom GaN znajduje zastosowanie w zaawansowanych technologicznie urządzeniach, takich jak stacje 5G, systemy radarowe, komunikatory wojskowe, podzespoły do najbardziej zaawansowanych maszyn lotniczych i kosmicznych, a nawet sprzętach bojowych, bo do prowadzenia wojny elektronicznej. W tym ostatnim GaN jest wyjątkowy przede wszystkim dlatego, że gwarantuje szybkie przełączanie sygnałów, co ma kluczowe znaczenie w systemach zakłócających i przechwytujących elektronikę przeciwnika.
Pomimo wielu zalet, produkcja kryształów GaN bez defektów stanowi poważne wyzwanie. Tradycyjne metody produkcji wymagają wzrostu GaN na podłożach takich jak krzem lub szafir, ale różnice w strukturze atomowej między tymi materiałami prowadzą do defektów sieci krystalicznej. Największy problem wynika z heksagonalnej struktury atomowej GaN, która różni się od kubicznej struktury krzemu. Powoduje to powstawanie tzw. defektów wspinających się (ang. climbing dislocations), które wynikają ze zmian w liczbie lokalnych atomów i tak się składa, że do tej pory mechanizmy stojące za tymi defektami nie były odpowiednio dobrze zbadane. Tutaj właśnie wkracza zespół badawczy prowadzony przez profesora Huang Binga z Uniwersytetu Pekińskiego, który dokonał znaczącego przełomu, identyfikując główną przyczynę powstawania defektów w GaN.
Czytaj też: Marynarka USA musi reagować. Chiny przygotowują sprzęt, który zachwieje równowagą
Dzięki zastosowaniu mikroskopii skaningowej transmisyjnej (STEM) badacze zaobserwowali defekty w sieci krystalicznej na poziomie atomowym. Odkryli, że poprzez modyfikację poziomu energii, przy której prawdopodobieństwo znalezienia elektronu wynosi 50%, można kontrolować proces tworzenia defektów. Dzięki wprowadzeniu określonych domieszek i modyfikacji napięć bramki udało im się znacząco zredukować ilość defektów w procesie produkcji GaN. Przełom ten niesie daleko idące konsekwencje dla chińskiego sektora technologii półprzewodnikowych, przekładając się na udoskonalony proces produkcyjny. Dodajmy do tego fakt, że Chiny kontrolują około 98% światowej produkcji galu i tak oto otrzymamy wizję przyszłości, w której postęp kraju w technologii GaN może prowadzić do zwiększenia eksportu i wzrostu gospodarczego.
Czytaj też: Chiny przerażone? Te supertanie ogniwa sprawią, że drogie panele słoneczne przejdą do historii
Aktualnie zapotrzebowanie na urządzenia wykorzystujące GaN gwałtownie rośnie, co jest spowodowane zarówno coraz bardziej zaawansowanym sprzętem wojskowym, jak i rozwojem sieci 5G oraz 6G. Układy GaN zużywają też mniej energii niż tradycyjne półprzewodniki, więc ich potencjał na rynku konsumenckim jest ogromny. Dlatego też samo odkrycie chińskich naukowców w zakresie defektów kryształów GaN ma być wielkim kamieniem milowym w technologii półprzewodnikowej. Trudno się temu dziwić, bo może ono zrewolucjonizować produkcję elektroniki militarnej i cywilnej, a także przyspieszyć rozwój nowoczesnych systemów radarowych, komunikacyjnych i wojny elektronicznej.