Открытие в Пекинском университете даст Китаю преимущество в создании радаров третьего поколения
Исследователи из Пекинского университета совершили прорыв в области полупроводниковых материалов, обнаружив новый тип оксида галлия (Ga₂O₃), который может лечь в основу радаров будущего для стелс-самолетов и истребителей. Если разработка окажется успешной, она позволит создавать чрезвычайно мощную и при этом компактную радиоэлектронику.
В основе современных радаров, таких как активные фазированные антенные решетки (АФАР), используемые на истребителях, лежат полупроводники. Сотни и тысячи крошечных приемопередающих модулей (T/R модулей) в составе АФАР генерируют микроволновые сигналы, а эффективность и мощность этих модулей напрямую зависят от используемого материала. Технология АФАР прошла несколько этапов развития: от арсенида галлия (GaAs), применяемого в ранних моделях F-22, до нитрида галлия (GaN), который считается вторым поколением и используется в большинстве современных машин, включая F-35, а также китайские J-20 и J-35. Нитрид галлия обеспечивает гораздо лучшие показатели по дальности обнаружения, помехозащищенности и энергопотреблению.
Открытие пекинских ученых знаменует собой возможный переход к третьему поколению АФАР. В центре исследования находится новая кристаллическая форма оксида галлия, известная как каппа-оксид галлия. Уникальность этого материала заключается в том, что он проявляет сегнетоэлектрические свойства. Как объяснил руководитель группы Ву Чжэньпин, интеграция экстремальной стабильности оксида галлия (известного как «высокотемпературный полупроводник») с возможностями хранения данных, присущими сегнетоэлектрикам, позволяет решить ключевую проблему многофункциональной электроники. Сегнетоэлектрики способны сохранять состояние и хранить данные даже при отключении питания, подобно флеш-памяти.
Это означает, что теоретически один чип из нового материала сможет выполнять сразу три функции: генерировать радиолокационные сигналы, обрабатывать их и хранить данные. В современных системах для этого используется набор отдельных микросхем. Объединение функций в одном устройстве позволит значительно уменьшить размеры радиолокационной аппаратуры, ускорить обработку сигналов, снизить количество потенциальных точек отказа и повысить энергоэффективность. По словам Ву Чжэньпина, внедрение сегнетоэлектричества в фотодетекторы на основе оксида галлия обещает значительный прирост производительности, делая их более энергоэффективными и чувствительными, что особенно важно для создания малошумящих сенсорных систем нового поколения.
Помимо научной значимости, разработка подчеркивает стратегическое преимущество Китая в контроле над сырьем. Как отметил Хао Юэ, академик Китайской академии наук, на долю страны приходится более 95 процентов мировых запасов галлия, критически важного для производства микрочипов АФАР. Введение экспортных ограничений на галлий и германий дает Китаю промышленное преимущество, которого лишены другие государства. Важно подчеркнуть, что, несмотря на огромный потенциал, открытие пока находится на экспериментальной стадии и еще не применяется в военных радиолокационных системах.