نیمههادیها گامی جدید برای تحقق نسل ششم ارتباطات
زهرا وجدانی: در آستانه ورود به نسل ششم شبکههای ارتباطی، نیاز به انتقال حجم عظیمی از داده با سرعت بسیار بالا یکی از چالشهای اساسی است.
پژوهش تازهای که توسط تیمی از دانشمندان دانشگاه بریستول انجام شده و در مجله معتبر Nature Electronics منتشر شده است، امیدهای تازهای برای عبور از این چالشها ایجاد کرده است.
تحقق آیندهای که روزی غیرقابل تصور بود
فناوری جدید معرفیشده در این پژوهش میتواند زمینهساز کاربردهای نوینی همچون خودروهای خودران بدون ترافیک، آموزش و گردشگری مجازی، جراحی از راه دور و حتی لمس افراد در قارهای دیگر از طریق واقعیت مجازی باشد.
مارتین کوبال، استاد فیزیک دانشگاه بریستول میگوید: «فناوریهایی که زمانی غیرقابل تصور به نظر میرسیدند، در دهه آینده میتوانند بخشی از زندگی روزمره شوند. مزایای آن نیز در حوزههای مختلفی، چون سلامت، ایمنی جادهای، صنعت و آموزش قابل مشاهده خواهد بود.»
۶G نیازمند نیمههادیهایی سریعتر، قویتر و پایدارتر
یکی از موانع اصلی توسعه شبکههای ۶G محدودیتهای فناوری کنونی در زمینه نیمههادیها و تقویتکنندههای فرکانس رادیویی است. در این میان، مادهای به نام نیترید گالیم (GaN) نقش کلیدی ایفا میکند، اما برای دستیابی به کارایی مورد نیاز نسل آینده، این تجهیزات باید سریعتر، قدرتمندتر و با قابلیت اطمینان بالاتر عمل کنند.
معرفی نسل جدید ترانزیستورهای GaN با ساختار SLCFET
پژوهشگران موفق به طراحی ساختاری نوین برای ترانزیستورهای GaN به نام ترانزیستورهای اثر میدانی کاستلهای سوپرلایهای (SLCFET) شدند.
این ساختار جدید شامل بیش از ۱۰۰۰ زائده جانبی (fins) با عرض کمتر از ۱۰۰ نانومتر است که بهصورت موازی جریان الکتریکی را هدایت میکنند.
به گفته آکیل شاهی، پژوهشگر افتخاری دانشگاه بریستول: «این ترانزیستورها عملکرد فوقالعادهای در بازه فرکانسی W-band (بین ۷۵ تا ۱۱۰ گیگاهرتز) نشان دادند. در ابتدا علت این عملکرد مشخص نبود، اما متوجه شدیم که پدیدهای به نام اثر قفلشدگی در GaN عامل اصلی این افزایش کارایی است.»
کشف اثر قفلشدگی و محل دقیق بروز آن
اثر قفلشدگی باعث میشود جریان الکتریکی در فرکانسهای بالا با پایداری بیشتری از طریق ترانزیستور عبور کند. محققان برای بررسی دقیقتر این اثر، از ترکیب ابزارهای پیشرفته الکتریکی و میکروسکوپی استفاده کردند و پس از تحلیل بیش از هزار زائده، دریافتند این اثر در پهنترین زائدهها رخ میدهد.
کوبال درباره این فرآیند میگوید: «ما با استفاده از شبیهسازیهای سهبعدی و مدلسازی دقیق، دادههای تجربی را راستیآزمایی کردیم و سپس به سراغ بررسی دوام عملکرد ترانزیستور رفتیم.»
پایداری بلندمدت و امکانپذیری تجاری
آزمایشهای طولانیمدت برای ارزیابی عملکرد و پایداری ساختار SLCFET نشان دادند که اثر قفلشدگی نهتنها باعث خرابی نمیشود، بلکه بهواسطه لایه نازکی از ماده دیالکتریک که اطراف زائدهها را پوشانده، پایداری سیستم را حفظ میکند.
گام بعدی تیم پژوهشی، افزایش تراکم توان خروجی این ترانزیستورها و آمادهسازی آنها برای ورود به بازارهای صنعتی با همکاری شرکتهای فناور است. هدف نهایی، دستیابی به عملکرد بالاتر در مقیاس وسیع و برای کاربران جهانی است.
نقش مرکز CDTR در آینده نیمههادیها
این پژوهش بخشی از فعالیتهای مرکز ترموگرافی و قابلیت اطمینان دستگاهها (CDTR) به ریاست کوبال است؛ مرکزی که بر توسعه نیمههادیهای جدید برای اهدافی، چون دستیابی به کربن صفر (Net Zero)، بهبود سامانههای راداری و ارتباطی، و ارتقای مدیریت حرارتی تجهیزات الکترونیکی تمرکز دارد.
دستاورد جدید پژوهشگران نهتنها راهکاری عملی برای افزایش توان و سرعت تقویتکنندههای فرکانس بالا ارائه داده، بلکه از نظر پایداری و قابلیت اطمینان نیز آزمون موفقی را پشت سر گذاشته است.
این کشف جدید نوید ورود به عصری تازه در ارتباطات، سلامت دیجیتال، حملونقل هوشمند و فناوریهای مبتنی بر داده را میدهد. با ورود این ترانزیستورهای پیشرفته به بازار صنعتی میتوان انتظار داشت که زیرساختهای ارتباطی آینده با سرعتی بیسابقه شکل بگیرند و مرز میان خیال و واقعیت هر روز باریکتر شود.
انتهای پیام/
