22 مه 2025-تصویری هنری از یک دستگاه نیمه هادی آینده نگر که به تحقق فناوری 6G کمک می کند.
یک پیشرفت در فناوری دستگاه های نیمه هادی قرار است آینده ارتباطات، مراقبت های بهداشتی و حمل و نقل را متحول کند.در یک جهش قابل توجه به جلو، محققان دانشگاه بریستول یک دستگاه نیمه هادی نسل بعدی ساخته اند که قادر است پتانسیل کامل شبکه های 6G را باز کند.
این نوآوری بسیار فراتر از سرعت داده‌های سریع‌تر است – دری را به روی برنامه‌هایی باز می‌کند که زمانی علمی تخیلی محسوب می‌شدند: تشخیص‌های فوری از راه دور، واقعیت مجازی همه‌جانبه، و وسایل نقلیه کاملاً خودمختار که در شهرهای بدون ازدحام حرکت می‌کنند.
در قلب این پیشرفت، طراحی مجدد بنیادی نحوه پردازش داده‌های با فرکانس بالا توسط دستگاه‌های نیمه‌رسانا، یک نیاز حیاتی برای تغییر از 5G به 6G است.این تکامل می‌تواند پزشکی از راه دور، زیرساخت‌های هوشمند بسیار پاسخ‌گو و حتی گردشگری مجازی با بازخورد لمسی و واقعی را تقویت کند.اما تبدیل این تجربیات به یک چیز بستگی دارد: نیمه هادی های سریع تر، قدرتمندتر و کارآمدتر.
مارتین کوبال، یکی از نویسندگان، استاد فیزیک در دانشگاه بریستول، توضیح داد: «در دهه آینده، فناوری‌های تقریباً غیرقابل تصوری که قبلاً برای تغییر طیف وسیعی از تجربیات انسانی وجود داشت، می‌تواند به طور گسترده در دسترس باشد.مزایای احتمالی نیز گسترده است، از جمله پیشرفت در مراقبت های بهداشتی با تشخیص از راه دور و جراحی، کلاس های درس مجازی و حتی گردشگری تعطیلات مجازی.
علاوه بر این، پتانسیل قابل توجهی برای سیستم های پیشرفته کمک راننده برای بهبود ایمنی جاده ها و اتوماسیون صنعتی برای بهره وری بیشتر وجود دارد. لیست برنامه های کاربردی 6G ممکن است بی پایان است و محدودیت فقط تصور انسان است.بنابراین، اکتشافات نوآورانه نیمه هادی ما بسیار هیجان انگیز است و به پیشبرد این پیشرفت ها در سرعت و مقیاس کمک می کند.
محور اصلی این نوآوری نیترید گالیوم (GaN) است، ماده ای که قبلاً به دلیل خواص استثنایی اش در تقویت کننده های فرکانس رادیویی مورد تحسین قرار گرفته است.تیم تحقیقاتی بین‌المللی معماری دستگاه‌های مبتنی بر GaN را بازسازی کرده‌اند و پیشرفتی را ایجاد کرده‌اند که عملکرد فرکانس رادیویی آنها را به طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.با شناسایی یک پدیده فیزیکی که قبلاً درک نشده بود – اثر قفل – در ساختارهای GaN، محققان سطوح جدیدی از کارایی را باز کردند.مشخص شد که این پدیده عملکرد ترانزیستورهای فرکانس بالا را بهبود می بخشد و به آنها اجازه می دهد بسیار فراتر از محدودیت های قبلی عمل کنند.
معرفی SLCFET
رویکرد آزمایشی این تیم شامل طراحی جدید دستگاهی است که به عنوان ترانزیستورهای اثر میدانی Castellated Superlattice (SLCFETs) شناخته می‌شود.
این دستگاه ها دارای بیش از 1000 باله فوق نازک هستند که هر کدام کمتر از 100 نانومتر عرض دارند که با هم کار می کنند تا جریان جریان را کنترل و تقویت کنند.
SLCFETها نتایج استثنایی را در محدوده فرکانس باند W (75 گیگاهرتز تا 110 گیگاهرتز) نشان دادند که یک طیف حیاتی برای شبکه‌های 6G آینده است.
علیرغم عملکرد چشمگیر آنها، فیزیک زیربنایی SLCFET تا کنون به طور کامل درک نشده است. محققان دریافتند که اثر قفل در پهن ترین باله ها کلیدی برای فعال کردن چنین عملیات با سرعت بالایی است.
برای مشخص کردن منبع این جهش عملکرد، تیم از ترکیبی از اندازه‌گیری الکتریکی با دقت بالا و میکروسکوپ نوری پیشرفته استفاده کرد.
یافته های آنها بیشتر از طریق یک مدل شبیه سازی سه بعدی تایید شد. مهمتر از همه، آنها همچنین دوام اثر چفت را تحت استفاده طولانی آزمایش کردند.نتایج نشان داد که دستگاه ها قابلیت اطمینان عالی را در طول زمان حفظ کردند، بدون هیچ نشانه ای از کاهش عملکرد.
یک پوشش نازک دی الکتریک در اطراف هر باله به عنوان یک عامل مهم در تضمین این پایداری طولانی مدت شناسایی شد که باعث می شود اثر قفل نه تنها پیشرفتی در عملکرد، بلکه در کاربرد عملی نیز باشد.
این نوآوری در دستگاه نیمه هادی یک توانمندسازی فناوری برای نسل بعدی سیستم های ارتباطی جهانی است. با کاربردهای مختلف از حمل و نقل خودکار و جراحی از راه دور تا اتوماسیون صنعتی مبتنی بر هوش مصنوعی، تأثیر بالقوه آن بسیار زیاد است.
با نگاهی به آینده، تیم تحقیقاتی قصد دارد چگالی توان این دستگاه‌ها را بیشتر افزایش دهد و آنها را برای استفاده گسترده‌تر در بازارهای تجاری و صنعتی افزایش دهد. همکاری با شرکای صنعتی در حال انجام است تا این فناوری نسل بعدی را به صورت عملی به کار گیرد.
این پیشرفت اخیر نه تنها رهبری بریتانیا را در نوآوری نیمه هادی ها تأیید می کند، بلکه زمینه را برای عصر جدیدی از اکوسیستم های فناوری فوق العاده متصل و هوشمند فراهم می کند.
