Из-за китайских санкций США занялись разработкой транзисторов на алмазах и нитриде алюминия
Стремление снизить зависимость от китайского галлия и одновременно превзойти возможности существующих технологий заставило Министерство обороны США искать принципиально новые материалы. Агентство DARPA, отвечающее за перспективные разработки, поручило корпорации Raytheon создать синтетические полупроводники на основе алмаза и нитрида алюминия. Речь идет не просто о замене одного компонента другим, а о попытке совершить технологический рывок в радиоэлектронной борьбе и системах вооружения.
Алмаз против нитрида галлия: ставка на физику
Современные силовые микросхемы и радиочастотные усилители, используемые в радарах и системах связи, базируются на полупроводниках с широкой запрещённой зоной, в первую очередь — на нитриде галлия (GaN). Однако его ширина в 3,4 эВ уже не является пределом. Синтетический алмаз с показателем 5,5 эВ способен обеспечить значительно более высокую подвижность электронов, экстремальную термостойкость и рекордную долговечность. Еще более перспективен нитрид алюминия, чья запрещённая зона достигает 6,2 эВ, что открывает путь к созданию оборудования с принципиально новыми характеристиками.
Проблема массового производства
Несмотря на очевидные физические преимущества, синтетический алмаз остается сложным материалом для внедрения в полупроводниковую индустрию. Основные трудности связаны с масштабированием производства и созданием качественных полупроводниковых структур. На данном этапе Raytheon только предстоит разработать технологии, которые позволят перевести лабораторные образцы в промышленные изделия. Нитрид алюминия, обладая еще более широкой зоной, также пока находится на стадии экспериментальных исследований.
План Raytheon: от плёнки к боевым системам
Разработка разбита на два последовательных этапа, каждый из которых рассчитан на несколько лет. На первом этапе инженеры сосредоточатся на создании полупроводниковых плёнок из алмаза и нитрида алюминия. Второй этап предполагает оптимизацию этих технологий для работы на подложках большего диаметра, что критически важно для интеграции в сенсорные системы и бортовую аппаратуру. Обе фазы должны быть завершены в течение трёх лет.
Целевыми областями применения новых компонентов станут радиочастотные переключатели, ограничители и усилители мощности. Эти элементы лягут в основу аппаратуры для зондирования, систем радиоэлектронной борьбы, направленной передачи энергии и, что особенно важно, для гиперзвукового оружия. Учитывая, что Raytheon уже имеет успешный опыт интеграции GaN- и GaAs-компонентов в радиолокационное оборудование, эксперты оценивают шансы на успех проекта как высокие.
Введение Китаем ограничений на экспорт галлия, который является критическим сырьём для производства GaN, создало прямую угрозу для цепочек поставок оборонной промышленности США и их союзников. Именно этот геополитический фактор стал катализатором для поиска альтернативных материалов, способных не только заменить, но и превзойти существующие аналоги. Если разработки Raytheon увенчаются успехом, военные ведомства получат оборудование, устойчивое к внешним ресурсным ограничениям.
В перспективе подобные полупроводники способны выйти за пределы сугубо военного применения. Высокая термостойкость и эффективность алмазных и алюмонитридных компонентов делают их перспективными для гражданской сферы: от силовой электроники электромобилей до систем связи нового поколения. Таким образом, текущий проект DARPA может заложить основу для целого класса полупроводниковых устройств, меняя ландшафт всей отрасли, а не только оборонного сектора.
