Çin'in 3. Nesil Yüksek Teknoloji Yatırımları Askeri Silah Sistemlerini Geliştirebilir

Çinli araştırmacılar, umut verici bir yarı iletken malzeme olan galyum nitridin (GaN) kristal büyümelerinde ortaya çıkan kusurların ana nedenini tespit etti. Bu buluş, özellikle askeri elektronikler, radar sistemleri, 5G haberleşme ve havacılık endüstrisi gibi ileri düzey uygulamalar için kritik öneme sahip.

Araştırma, Pekin Üniversitesi'nden Profesör Huang Bing liderliğindeki ekip tarafından gerçekleştirildi. GaN malzemesi genellikle silikon ve safir gibi altyapı destekleri üzerinde üretilse de, kristal yapısındaki yer değiştirme (dislokasyon) kusurları, performansı düşüren ve kaçak akıma neden olan temel sorunlardan biri olarak belirlendi.

Bu kusurlar, GaN'in altıgen atomik yapısı nedeniyle oluşuyor ve bu da onu silisyum gibi kübik yapıya sahip geleneksel yarı iletkenlerden farklı kılıyor. Silisyumda kusurlar genellikle kayma hareketi (belirli bir düzlem boyunca hareket) ile kontrol edilebilirken, GaN’deki kusurlar tırmanma hareketi (yerel atom sayısındaki değişimler) nedeniyle oluşuyor ve bu sürecin doğru düzgün anlaşılamamış olması şu ana kadar büyük bir sorun teşkil ediyordu.

GaN Neden Önemli?

GaN, üçüncü nesil yarı iletken malzemeler arasında bulunuyor ve 5G baz istasyonları, askeri radar sistemleri, elektronik harp ve havacılık gibi alanlarda yaygın olarak kullanılıyor. Geleneksel silisyuma göre daha yüksek voltaj, frekans ve sıcaklık seviyelerinde çalışabildiği için çok daha ünlü bir malzeme haline geldi.

Günümüzde, ABD gibi dünyanın önde gelen güçleri, ileri düzey yarı iletken çiplerinde GaN’e büyük ölçükte güveniyor. Ancak Çin, dünya galyum üretiminin %98'ini kontrol ediyor ve yakın zamanda ABD’ye galyum ihracatını yasakladı. Bu da GaN bazlı yarı iletkenlerin maliyetini artırarak ABD, özellikle de Pentagon için uygun fiyatlı çip tedarikini zorlaştırıyor. ABD Jeolojik Araştırmalar Kurumu (USGS), bu yasağın ekonomiye olan etkilerinin büyük olabileceğini ve GaN bazlı çiplere dayalı endüstrileri olumsuz etkileyebileceğini belirtiyor.

Çin'in Keşfi ve Yeni Yöntemi

Profesör Huang Bing ve ekibi, bu kusurların tespit edilmesini tarama transmisyon elektron mikroskobu (STEM) teknolojisi sayesinde başarıyla gerçekleştirdi. Bu teknoloji sayesinde ilk kez atomik düzeydeki yer değiştirme hareketleri detaylı olarak incelenebildi.

Ekip, "Fermi seviyesi ayarlaması" (elektronların enerji seviyelerini optimize etme) ile tırmanma kusurlarını kontrol edebileceğini ve bu sayede kusurların azaltılabileceğini ortaya koydu. "Fermi enerji seviyesi", elektronik dünyanın "su seviyesi" gibi düşünülebilir ve bu seviyenin optimize edilmesi, GaN’in verimliliğini artırmaya yardımcı olabilir.

Bu gelişmeyle ilgili olarak Pekin Hesaplamalı Bilimler Araştırma Merkezi'nden Profesör Huang Bing, "Geleneksel stratejiler, farklı altyapı malzemeleri kullanmak veya kristalizasyon sıcaklıklarını ayarlamak gibi geçici çözümler sunuyor. Ancak bunlar, sadece belirtileri ortadan kaldırıyor, asıl sebebi ele almıyor." dedi.

Çin'in Stratejik Avantajı

Çin, daha düşük maliyetle yüksek kaliteli GaN üretimini mükemmelleştirirse, yarı iletken fiyat farkını daha da artırabilir ve çip pazarındaki rekabet avantajını büyükte oranda eline geçirebilir. ABD'nin GaN’e bağımlı olması nedeniyle bu gelişme, Çin'in elektronik ve savunma sanayisinde stratejik üssünü artırabileceği anlamına geliyor.

Eğer bu buluşun raporlanan bulguları doğrulanırsa, GaN bazlı yarı iletkenlerin verimliliğinin artması ve maliyetlerinin azalması sağlanabilir. Çin'in bu teknolojiyi endüstriyel ölçekte seri üretime geçirmesi, yarı iletken teknolojilerindeki liderliğini pekiştirmesine ve özellikle askeri ve 5G uygulamalarında ABD ile rekabetini çok daha ileri bir seviyeye taşımasına neden olabilir.

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/innovation/china-gan-semiconductor-breakthrough