В передовых силовых микросхемах и радиочастотных усилителях используются полупроводники с широким значением запрещённой зоны, например, нитрид галлия (GaN). Львиную долю мировых поставок галлия контролирует Китай, и недавно введённые Пекином ограничения на его экспорт означают дополнительные риски для нацбезопасности ряда стран, включая США. Поэтому входящее в Минобороны США агентство DARPA поручило Raytheon разработать синтетические полупроводники из алмазов и нитрида алюминия в качестве альтернативы GaN.
Источник изображения: Maxence Pira / unsplash.com
Цель Raytheon — обеспечить внедрение данных материалов в оборудование, предназначенное для современных и перспективных радиолокационных и коммуникационных систем: радиочастотные переключатели, ограничители и усилители мощности — это поможет расширить их возможности и дальность действия. Такие компоненты будут применяться в аппаратуре для зондирования, радиоэлектронной борьбы, направленной передачи энергии и в системах высокоскоростного оружия, включая гиперзвуковое. В будущем, вполне возможно, подобные полупроводники найдут применение и в гражданской сфере, например, в электромобилях, системах связи и других приложениях.
Ведущим материалом в силовых и высокочастотных полупроводниках является нитрид галлия, ширина запрещённой зоны которого составляет 3,4 эВ. Его возможности способен превзойти синтетический алмаз с 5,5 эВ — он окажется полезным в оборудовании, где критически важны высокочастотные характеристики, высокая подвижность электронов, экстремальный контроль температур, высокие мощность и долговечность. Но синтетический алмаз пока является новым материалом в полупроводниковой сфере, и до сих пор существуют проблемы, связанные с его массовым производством. Ещё более широкая запрещённая зона в 6,2 эВ у нитрида алюминия, а значит, он даже лучше подходит для такого оборудования. Но Raytheon только предстоит разработать соответствующие полупроводниковые компоненты.
На первом этапе компания займётся разработкой полупроводниковых плёнок на основе алмаза и нитрида алюминия. На втором — эти технологии будут оптимизироваться для работы на пластинах большего диаметра, в частности, для сенсорных систем. Обе фазы Raytheon надлежит завершить за три года. У компании уже есть опыт в интеграции GaN- и GaAs-компонентов в радиолокационное оборудование, поэтому и с новой задачей она, вероятно, справится.
