Китайский прорыв в охлаждении чипов усилит мощность радаров на 40%
Китайские учёные совершили прорыв в области охлаждения чипов, способный значительно повысить мощность военных радаров и эффективность будущих беспроводных сетей. Исследователи из Сианьского электротехнического университета (Сидянь) представили новую методику сверхглубокого охлаждения полупроводников на основе нитрида галлия, которая позволяет поднять производительность радарных систем примерно на 40%. Прорыв решает одну из самых сложных проблем силовой электроники – проблему перегрева. Нитрид-галлиевые чипы уже ценятся за способность работать при высоких напряжениях и частотах, но их потенциал долгое время ограничивался тепловыделением.
Новые чипы предназначены для работы в условиях экстремальных мощностей в частотных диапазонах X и Ka, которые критически важны для современных радиолокационных станций управления огнём, спутниковой связи и высокоскоростной передачи данных. Это означает, что радары смогут излучать более мощные сигналы и принимать более слабые отражения без увеличения размеров или веса аппаратуры. Как отметил университет в своём сообщении, это наиболее значительный прорыв в данной области за последние два десятилетия.
Руководитель проекта профессор Чжоу Хун пояснил, что усовершенствованная тепловая конструкция позволяет радарам «видеть» дальше при сохранении компактности оборудования. Он также отметил, что эта технология может найти применение и в гражданской сфере. При использовании в мобильных сетях такие чипы способны расширить зону покрытия, одновременно снизив потребление электроэнергии, что является ключевым вопросом для развёртывания плотных сетей 5G и будущего 6G.
Радары на нитриде галлия уже являются центральным элементом новейших китайских самолётов-невидимок, включая J-20 и J-35, обеспечивая им большую дальность обнаружения по сравнению со старыми системами. В то же время американские платформы, такие как F-22, всё ещё полагаются на более раннюю радарную технологию, а программа оснащения F-35 нитрид-галлиевыми радарами отстаёт от графика. Позиции Китая усиливаются его контролем над сырьём: страна является крупнейшим в мире производителем галлия и ограничила его экспорт для американских оборонных потребителей.
Ключевой вызов, который преодолели исследователи, заключался в совершенствовании связующего слоя, соединяющего разные материалы внутри чипа. Команда разработала метод точного управления ростом этого слоя, превратив случайный процесс в равномерный. В результате тепловое сопротивление снизилось примерно на треть, что привело к «скачку в эффективности» как по мощности, так и по рассеиванию тепла. По словам профессора Чжоу, более глубокое значение работы заключается в создании «воспроизводимой парадигмы» для интеграции различных полупроводниковых материалов – проблемы, с которой сталкиваются производители чипов во всём мире.
На основе этого охлаждающего решения учёные также создали СВЧ-устройство на нитриде галлия для усиления высокочастотных сигналов. Считается, что эта технология в Китае достигла зрелости, что закрепляет конкурентное преимущество страны в полупроводниках третьего поколения и ускоряет переход к материалам четвёртого поколения, таким как оксид галлия.
Результаты исследования были в журнале Nature Communications.