Samojezdne samochody, które eliminują korki, natychmiastowe uznanie diagnozy opieki zdrowotnej bez opuszczania domu lub odczuwanie dotyku bliskich opartych na kontynencie mogą brzmieć jak science fiction.
Ale nowe badania, prowadzone przez University of Bristol i opublikowane dzisiaj w czasopiśmie Nature Electronics, mogą zbliżyć się do rzeczywistości dzięki radykalnej przełomu w technologii półprzewodników.
Futurystyczne pojęcia opierają się na zdolności do komunikowania się i przesyłania ogromnych ilości danych znacznie szybciej niż istniejące sieci. Dlatego fizycy opracowali innowacyjny sposób przyspieszenia tego procesu między dziesiątkami użytkowników, potencjalnie na całym świecie.
Współprzewodniczący autor Martin Kuball, profesor fizyki na University of Bristol, powiedział: „W ciągu następnej dekady wcześniej niemal niewyobrażalne technologie w celu przekształcenia szerokiej gamy ludzkich doświadczeń mogą być szeroko dostępne. Możliwe korzyści są również dalekosiężne, w tym postępy w opiece zdrowotnej z zdalną diagnostyką i chirurgią.
„Ponadto istnieje znaczny potencjał zaawansowanych systemów pomocy kierowcy w celu poprawy bezpieczeństwa drogi i automatyzacji przemysłowej w celu zwiększenia wydajności. Lista możliwych aplikacji 6G jest nieograniczona, a limit jest po prostu wyobraźnią ludzką. Więc nasze innowacyjne odkrycia półprzewodników są niezwykle ekscytujące i pomogą zwiększyć te zmiany przy prędkości i skali”.
Powszechnie uznaje się, że przejście z 5G na 6G będzie wymagać radykalnej modernizacji technologii półprzewodników, obwodów, systemów i powiązanych algorytmów. Na przykład główne składniki półprzewodników, innymi słowy, wzmacniacze częstotliwości radiowej wykonane z cudownego przewodu zwanego azotkiem galu (GAN) muszą być znacznie szybsze, emitować większą moc i być bardziej niezawodne.
Zespół międzynarodowych naukowców i inżynierów przetestował nową architekturę, katapultując te specjalne wzmacniacze GAN na niespotykane wyżyny. Osiągnięto to poprzez odkrycie efektu zatrzasnego w GAN, który odblokował znacznie większą wydajność urządzenia radiowego. Te urządzenia nowej generacji używają kanałów równoległych, które następnie wymagają użycia płetw bocznych poniżej 100 nm-rodzaju tranzystora, który kontroluje przepływ prądu przechodzącego przez urządzenia.
Współprzewodniczący autor Dr Akhil Shaji, Honorary Research Associate na University of Bristol, wyjaśnił: „Pilotowaliśmy technologię urządzeń, współpracując z współpracownikami, zwaną superlattice Castellate Effect Effect Transtorors (SLCFETS), w której ponad 1000 żebra z pomocy pod-100 nm. Gigahertz -110 GHz, Fizyka za nim była nieznana.
„Rozpoznaliśmy, że był to efekt zatrzaski w GAN, który umożliwia wysoką wydajność częstotliwości radiowej”.
Następnie naukowcy musieli dokładnie wskazać, gdzie wystąpił ten efekt, jednocześnie stosując ultra precyzyjne pomiary elektryczne i mikroskopię optyczną, aby można je było dalej zbadać i zrozumieć. Po przeanalizowaniu ponad 1000 wyników płetw zlokalizowało ten efekt na najszerszą płetwę.
Profesor Kuball, który jest także Royal Academy of Engineering Prened w Emerging Technologies, dodał: „Opracowaliśmy również model 3D przy użyciu symulatora do dalszej weryfikacji naszych obserwacji. Kolejnym wyzwaniem było zbadanie aspektów niezawodności efektu zatrzasku dla praktycznych zastosowań. Rygorystyczne testowanie urządzenia przez długi czas trwania czasu wykazał, że nie ma on żadnego szkodliwego wpływu na wiarygodność urządzenia lub wydajności.
„Stwierdziliśmy, że kluczowym aspektem napędzającym tę niezawodność była cienka warstwa powłoki dielektrycznej wokół każdej z płetw. Ale główny wynos był jasny – efekt zatrzasny można wykorzystać do niezliczonych praktycznych zastosowań, co może pomóc przekształcić życie ludzi na wiele różnych sposobów w nadchodzących latach”.
Kolejne kroki do pracy obejmują dalsze zwiększenie gęstości mocy, jakie mogą zapewnić urządzenia, aby mogły oferować jeszcze wyższą wydajność i obsługiwać szerszą publiczność. Partnerzy branżowi będą również wprowadzać takie urządzenia nowej generacji na rynek komercyjny.
Naukowcy z University of Bristol są na czele poprawy wydajności elektrycznej i wydajności w szerokim zakresie różnych zastosowań i ustawień.
Profesor Kuball prowadzi Centrum termografii i niezawodności urządzeń (CDTR), które opracowuje elektroniczne urządzenia elektroniczne nowej generacji dla zero netto oraz technologii komunikacji i radaru. Działa również nad poprawą zarządzania termicznego urządzenia, wydajnością i niezawodnością elektryczną, przy użyciu szerokich i bardzo szerokich półprzewodników Bandgap.