Puolijohdeteknologia, joka tehostaa 6G-ketjua

On laajalti tunnustettu, että siirtyminen 5G:stä 6G:hen vaatii puolijohdeteknologian, piirien, järjestelmien ja niihin liittyvien algoritmien radikaalia päivitystä. Esimerkiksi tärkeimpien puolijohdekomponenttien, eli galliumnitridistä (GaN) valmistettujen radiotaajuusvahvistimien, on oltava paljon nopeampia, niiden on oltava suurempitehoisia ja luotettavampia.

Kansainvälinen tiedemiesten ja insinöörien tiimi on testannut Bristolin yliopiston johdolla uutta arkkitehtuuria, joka nostaa nämä erityiset GaN-vahvistinpiirit ennennäkemättömiin korkeuksiin.

Tämä saavutettiin löytämällä GaN:ssa salpaefekti, joka avasi paljon paremman radiotaajuuspiirin suorituskyvyn. Nämä seuraavan sukupolven piirit käyttävät rinnakkaiskanavia, jotka vaativat alle 100 nm:n sivuripoja – tietyntyyppistä transistoria, joka ohjaa laitteiden läpi kulkevaa virran kulkua.

Yksi tutkimuksen johtavista kirjoittajista, Bristolin yliopiston tohtori Akhil Shaji, selitti: ”Olemme pilotoineet yhteistyökumppaneiden kanssa piiriteknologiaa, jota kutsutaan superhila uritetuksi kenttätransistoriksi (superlattice castellated field effect transistors SLCFET), joiden yli 1000 alle 100 nm:n levyistä evää auttavat virran ohjaamisessa.

Vaikka SLCFETit ovat osoittaneet parasta suorituskykyä W-kaistan taajuusalueella, joka vastaa 75 - 110 gigahertsiä, niiden taustalla oleva fysiikka oli tuntematonta.”

”Tunnistimme, että kyseessä oli GaN:n salpaefekti, joka mahdollistaa korkean radiotaajuuksien suorituskyvyn.”

Tutkijoiden piti sitten paikantaa tarkalleen, missä tämä ilmiö tapahtui, käyttämällä samanaikaisesti ultratarkkoja sähköisiä mittauksia ja optista mikroskopiaa, jotta sitä voitaisiin tutkia ja ymmärtää tarkemmin. Yli 1 000 evän analysoinnin jälkeen löydökset paikansivat tämän ilmiön leveimpään evään.

Professori Kuball, lisäsi: ”Kehitimme myös simulaattoria käyttävän 3D-mallin havaintojemme varmistamiseksi. Seuraava haaste oli tutkia salpaefektin luotettavuusnäkökohtia käytännön sovelluksissa. Rakenteen perusteellinen pitkäaikainen testaus osoitti, ettei sillä ole haitallista vaikutusta piirin luotettavuuteen tai suorituskykyyn.”

”Havaitsimme, että tämän luotettavuuden kannalta keskeinen tekijä oli ohut dielektrinen pinnoitekerros jokaisen evän ympärillä. Mutta tärkein asia oli selvä – salpaefektiä voidaan hyödyntää lukemattomissa käytännön sovelluksissa.”

Työn seuraaviin vaiheisiin kuuluu piirien tuottaman tehotiheyden lisääminen entisestään. Alan yhteistyökumppanit tuovat näitä seuraavan sukupolven piirejä kaupallisille markkinoille.

Aiheesta aiemmin:

Pietsosähköakustiikalla kevyempää RF-tekniikkaa

Syviä kaivantoja 3D-tulostuksella RF-komponenteille

Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn