Nowa generacja półprzewodników napędzi rewolucję 6G
Nowa generacja półprzewodników wpływa na rozwój nowych sieci 6G, które już w najbliższych latach staną się ogólnodostępne globalnie.
Wyobraź sobie świat, w którym samochody prowadzą się same, eliminując korki, a diagnozę medyczną otrzymujesz zdalnie w kilka sekund. Świat, w którym możesz poczuć dotyk bliskiej osoby oddalonej o tysiące kilometrów, odbyć wirtualne wakacje lub uczyć się w hiperrealistycznych klasach 3D. Takie wizje, choć dziś brzmią jak science fiction, mogą w nadchodzącej dekadzie stać się codziennością, a wszystko za sprawą odkrycia w technologii półprzewodnikowej, ogłoszonego przez Uniwersytet w Bristolu.
Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Martina Kuballa zaprezentował innowacyjne rozwiązanie, które może stać się filarem nadchodzącej ery 6G. W badaniu opublikowanym w Nature Electronics opisano nową architekturę tranzystorów opartych na azotku galu (GaN), pozwalającą na bezprecedensowy wzrost wydajności i szybkości transmisji danych w paśmie 75–110 GHz. Właśnie dany zakres częstotliwości ma być fundamentem przyszłych rozwiązań komunikacyjnych od autonomicznych systemów transportowych po operacje chirurgiczne w rozszerzonej rzeczywistości.
Azotek galu nie jest nowością w świecie elektroniki to materiał już dziś wykorzystywany w szybkich i wydajnych urządzeniach radiowych. Jednak dopiero teraz udało się odkryć zjawisko zwane efektem zatrzasku (latch-effect), które umożliwia radykalne zwiększenie możliwości GaN w tranzystorach nowej generacji — Superlattice Castellated Field Effect Transistors (SLCFETs). Z pomocą ponad 1000 mikroskopijnych finów o szerokości poniżej 100 nm, naukowcy byli w stanie uzyskać rekordową wydajność i zwiększoną niezawodność.
Dr Akhil Shaji, współautor badania, podkreśla, że wcześniej nie znano fizycznego mechanizmu odpowiadającego za tak wysokie osiągi SLCFET. Dzięki połączeniu mikroskopii optycznej i precyzyjnych pomiarów elektrycznych, badacze zlokalizowali źródło efektu w najszerszym z finów, a następnie potwierdzili wnioski za pomocą modelowania 3D.
W świecie nauki przełomowe odkrycia często pozostają w laboratoriach. Tym razem jednak sytuacja jest inna. Zespół z Bristolu pracuje już z partnerami przemysłowymi nad komercjalizacją nowej technologii. Kolejnym celem jest zwiększenie gęstości mocy urządzeń, co ma pozwolić na jeszcze większą skalowalność i wydajność w realnych warunkach.
Znaczenie odkrycia można porównać do wpływu pierwszych układów scalonych na komputery osobiste. Jak zauważył prof. Kuball, wykorzystanie efektu zatrzasku może odmienić nie tylko sposób, w jaki się komunikujemy, ale i jak leczymy, podróżujemy, uczymy się i pracujemy.
Półprzewodniki nowej generacji stają się dziś polem intensywnej rywalizacji. W marcu 2024 roku Korea Południowa ogłosiła plan uruchomienia pierwszej sieci 6G już w 2028 roku. Japonia i Chiny również inwestują miliardy w badania nad materiałami nowej generacji. Stany Zjednoczone, poprzez program CHIPS Act, przeznaczają ogromne środki na rozwój własnej bazy technologicznej, widząc w tym nie tylko szansę gospodarczą, ale i warunek bezpieczeństwa narodowego.
Odkrycia takie jak te z Bristolu wpasowują się w ten globalny trend, pokazując, że klucz do przewagi konkurencyjnej nie leży jedynie w sieciach 5G czy infrastrukturze danych, ale w materiałach, które umożliwiają ich funkcjonowanie.
Odkrycie naukowców z Uniwersytetu w Bristolu może okazać się punktem zwrotnym dla przyszłości komunikacji. Nowa architektura tranzystorów oparta na GaN i zidentyfikowany efekt zatrzasku torują drogę do rzeczywistego wdrożenia 6G technologii, która może całkowicie przeobrazić nasze życie. Jeśli badania przełożą się na rozwiązania komercyjne, jesteśmy o krok bliżej świata, w którym granice fizyczne, technologiczne i społeczne coraz bardziej się zacierają.
Szymon Ślubowski
