6 июля 2018

Прорыв в кремниевой технологии поможет удешевить и улучшить решения в СВЧ-отрасли

Исследования, в которых применяются суперкомпьютеры, нашли путь для генерации СВЧ-сигнала, используя недорогой кремниевый материал. Этот технологический прорыв может серьезно снизить стоимость и улучшить характеристики таких устройств, как сенсоры в беспилотных транспортных средствах.

«До сегодняшнего момента это считалось невозможным», — комментирует К.Р. Сельвакумар, профессор университета Ватерлоо, который прогнозировал это концептуальное решение несколько лет назад.

СВЧ сигнал применяется в обширной номенклатуре устройств, включая радары, которые используются полицией для поимки нарушителей скоростного режима и в системах безопасности автомобилей, которые помогают предотвратить аварийные ситуации.

СВЧ-сигнал обычно генерируется устройствами, которые называются диодами Ганна, обладающими преимуществами и уникальными свойствами относительно дорогих и токсичных в производстве полупроводниковых материалов таких, как арсенид галлия.

Когда к устройствам на основе GaAs прикладывается напряжение, и затем его значение увеличивается, то электрический ток, протекающий в устройстве, тоже увеличивается, но только до определенного значения. После этой точки ток начинает уменьшаться и происходит «выброс» СВЧ-энергии. Это явление известно как эффект Ганна.

Ведущий исследователь Дариуш Шайри, бывший докторант университета Ватерлоо, который сейчас работает в технологическом университете Чалмерса в Швеции, использовал вычислительные нанотехнологии для того, чтобы показать, что данный эффект может быть достигнут и на кремниевом материале.

Второе по доступности вещество на Земле, которым является кремний, позволило бы намного упростить производство и уменьшить стоимость в 20 раз по отношению к GaAs.

Новая технология включает в себя использование кремниевого нановолокна, такого крошечного, что для сравнения с толщиной человеческого волоса необходимо объединить в один пучок 100 000 таких нановолокон.

Комплексные компьютерные модели показывают, что если при приложении напряжения кремневые нановолокна вытягиваются, то в результате этого может наблюдаться эффект Ганна и, как следствие, СВЧ-излучение.

«С приходом новых методов в нанопроизводстве стало легче получать нановолокна из кремния и использовать их для этой цели», — сказал Шайри.

По словам профессора Сельвакумара, теоретическая работа — это первый шаг в производственном процессе, которая может привести к значительному удешевлению и большей универсальности устройств для генерации СВЧ-сигнала.

Механизм растяжения также может выступать в качестве переключателя для включения и выключения эффекта или изменения частоты СВЧ-излучения для множества новых применений, которые даже еще и не представлялись возможными.

«Это только начало», — сказал проф. Сельвакумар. «Сейчас мы можем увидеть, куда это все приведет и какое развитие получит.»