Китайские исследователи достигли значительного прогресса в технологии охлаждения микросхем, что может существенно улучшить мощность военных радаров и эффективность перспективных беспроводных сетей. Специалисты из Сианьского электротехнического университета (Сидянь) разработали новую технологию экстремального охлаждения полупроводников на основе нитрида галлия, позволяющую увеличить производительность радарных систем примерно на 40%. Эта разработка решает одну из ключевых задач силовой электроники – проблему перегрева. Нитрид-галлиевые чипы уже высоко ценятся за возможность функционирования при высоких напряжениях и частотах, однако их потенциал ранее был ограничен из-за выделения тепла.
Новые чипы разработаны для функционирования при высоких уровнях мощности в частотных диапазонах X и Ka, что является ключевым требованием для современных радиолокационных систем управления огнём, спутниковой связи и высокоскоростной передачи данных. Благодаря этому радары смогут генерировать более мощные сигналы и принимать более слабые отражения, не увеличивая габариты и вес оборудования. По информации, предоставленной университетом, это самый существенный прогресс в данной сфере за последние двадцать лет.
По словам руководителя проекта, профессора Чжоу Хуна, улучшенная система теплоотвода позволяет радарам обеспечивать большую дальность действия при сохранении небольших размеров. Он также добавил, что данная технология может быть использована и в гражданском секторе. В мобильных сетях применение таких чипов позволит увеличить зону покрытия и одновременно уменьшить энергопотребление, что является важным фактором для создания масштабных сетей 5G и перспективных 6G.
Радары на основе нитрида галлия уже интегрированы в новейшие китайские истребители с технологией малозаметности, такие как J-20 и J-35, что позволяет им обнаруживать цели на значительно больших расстояниях, чем устаревшие радары. Американские самолёты, например, F-22, до сих пор используют более ранние радарные технологии, а модернизация F-35 с заменой радаров на нитрид-галлиевые задерживается. Сильные позиции Китая подкрепляются контролем над необходимым сырьём: страна лидирует в мировом производстве галлия и ограничила его поставки для американской военной промышленности.
Основная трудность, с которой столкнулись ученые, заключалась в улучшении связующего слоя, обеспечивающего соединение различных материалов внутри чипа. Специалисты разработали способ точного контроля за процессом роста этого слоя, преобразовав его из непредсказуемого в стабильный. Благодаря этому тепловое сопротивление удалось уменьшить приблизительно на треть, что обеспечило значительное повышение эффективности как в отношении мощности, так и в плане рассеивания тепла. Профессор Чжоу подчеркивает, что более важное значение работы заключается в создании «повторяемой модели» для интеграции различных полупроводниковых материалов – задачи, с которой сталкиваются производители чипов по всему миру.
Используя это же охлаждающее решение, исследователи разработали СВЧ-устройство на нитриде галлия для усиления высокочастотных сигналов. По мнению экспертов, данная технология в Китае достигла высокого уровня развития, что укрепляет конкурентоспособность страны в области полупроводников третьего поколения и способствует переходу к материалам четвёртого поколения, например, оксиду галлия.
Результаты исследования были в журнале Nature Communications.