دانشمندان چینی با استفاده از الماس مایکروویو قدرتمندی را برای جنگ الکترونیک تولید کردند

به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، دانشمندانی که برای بزرگترین تامین‌کننده تسلیحات جنگ الکترونیک چین کار می‌کنند، می‌گویند نیمه‌رساناهای نیترید گالیوم (GaN) با زیرلایه الماس که آنها ایجاد کرده‌اند، ۳۰ درصد چگالی توان بالاتری نسبت به هر محصول موجود دارند.

به گفته دانشمندان، اگر این تراشه‌های الماسی که به عنوان نیمه‌رساناهای نسل چهارم نیز شناخته می‌شوند، به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند، می‌توانند قابلیت‌های پلی‌لاکتیک اسید را در پهنای باند ارتباطی، برد رادار و سرکوب الکترومغناطیسی تقویت کنند و به طور بالقوه به آنها یک مزیت تعیین کننده در جنگ الکترونیک بدهد.

تیمی به سرپرستی وانگ یینگمین، کارشناس ارشد چهل و ششمین موسسه تحقیقاتی شرکت گروه فناوری الکترونیک چین (CETC)، در مقاله‌ای که ۳۱ ژانویه در مجله دانشگاهی چینی معتبر فناوری نیمه‌رسانا (Semiconductor Technology) منتشر شد، گفت: «این دستگاه‌های جدید عملکردی برتر از جمله توان بالا، فرکانس بالا و مصرف انرژی بسیار کم دارند.»

در حالی که سایر کشورها هنوز با این فناوری در آزمایشگاه سر و کله می‌زنند، چین همین حالا پیچیدگی‌های خط تولیدش را برطرف کرده است.

دانشمندان می‌گویند: «پیشرفت فناورانه توسعه مستقیم الماس بر روی نیمه‌رساناهای نیترید گالیوم در فرآیند صنعتی به دست آمده است.»

چین صادرات فلزات مهم را به دنبال محدودیت‌های نیمه‌رساناهای غربی در جنگ تجاری اخیر محدود می‌کند.

چین در حال حاضر جایگاه غالبی در صنعت جهانی الماس دارد و ۹۵ درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داده است. فقط در سال گذشته، کارخانه‌های چینی بیش از ۱۶ میلیارد قیراط الماس مصنوعی تولید کردند که این مقدار خیره‌کننده معادل هشت برابر کل ذخایر شناخته شده الماس طبیعی روی زمین است.

الماس که زمانی به عنوان یک جواهر کمیاب و مجلل در نظر گرفته می‌شد اما در چین دستخوش دگرگونی قابل توجهی شده و به یک ماده صنعتی مقرون به صرفه بدل شده است. یک الماس تراش نخورده آزمایشگاهی اکنون در برخی از فروشگاه‌های آنلاین چینی قیمت ناچیزی معادل یک دلار آمریکا دارد.

این کاهش قیمت راه را برای استفاده از آنها در صنعت تراشه هموار کرده است.

ترانزیستورهای با تحرک الکترون بالا (HEMT) نقشی اساسی در رادارهای پیشرفته و سلاح‌های ریز موج (مایکروویو) ایفا می‌کنند. این تراشه‌ها قادر به تولید امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا و توان بالا هستند. در حال حاضر، تراشه های پیشرفته ترانزیستورهای با تحرک الکترون بالا با استفاده از نیترید گالیوم (یک ماده نیمه‌رسانای نسل سوم) ساخته می‌شوند.

با این حال، یک چالش مهم در رابطه با نیترید گالیوم تمایل آن به تولید گرمای قابل توجه در طول عملیات است که اغلب مانع از اتلاف گرمای کارآمد می‌شود. در نتیجه، تیم وانگ در مقاله خود نوشت که در کاربردهای عملی، «این دستگاه‌ها تنها می‌توانند ۲۰ تا ۳۰ درصد عملکرد نظری خود را به دور از حداکثر پتانسیل بازدهی خود به دست آورند».

الماس که به عنوان ماده‌ دارنده بالاترین رسانایی حرارتی در طبیعت شناخته می‌شود، راندمان انتقال حرارت بیش از پنج برابر بیشتر از مواد متداول کاربید سیلیکون را دارد. همچنین پایداری فیزیکی و شیمیایی عالی از خود نشان می‌دهد و برای استفاده در تسلیحات و تجهیزاتی که اغلب در محیط‌های سخت و با شرایط ناگوار عمل می‌کنند مناسب است.

طی سال‌ها، دانشمندان در سراسر جهان مطالعات زیادی درباره کاربرد الماس در دستگاه‌های رسانا با کارایی بالا انجام داده‌اند. آنها دریافتند که خواص فیزیکی و شیمیایی نیترید گالیوم و الماس کاملا متفاوت است و اتصال محکم آنها به یکدیگر را سخت می‌کند. اگر با استفاده از مواد چسب مانند به هم چسبانده شوند، راندمان اتلاف حرارت آنها به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

تیم وانگ رویکرد جدیدی را اتخاذ کرد و رشد مستقیم الماس را بر روی نیترید گالیوم پیشنهاد کرد. زمانی این ایده‌ای دور از ذهن در نظر گرفته می‌شد. فرآیند رشد الماس به دما و فشار بسیار بالا نیاز دارد، شرایطی که می‌تواند برای تراشه های نیترید گالیوم مضر باشد.

به رغم این موضوع، دانشمندان چینی ادعا دارند که بر این مانع قابل توجه مهندسی غلبه کرده‌اند. اول، آنها “دانه” الماس را در دماها و فشارهای نسبتا پایین روی سطح نیترید گالیوم کاشتند. سپس حرارت و فشار را افزایش دادند تا بذرها را به یک لایه کریستال الماس با عرض و کیفیت بالا تبدیل کنند.

این فرآیند به ظاهر ساده پیچیدگی آن را رد می‌کند، زیرا حتی انحرافات جزئی می‌تواند منجر به تشکیل ناخالصی‌های گرافیت در الماس شود که به طور قابل توجهی خواص اتلاف حرارت آن را دستکاری کند.

از طریق آزمایش‌های دقیق، دانشمندان و مهندسان چینی این فرآیند را اصلاح کرده‌اند، تشکیل ناخالصی را از بین برده و امکان تولید در مقیاس بزرگ دستگاه‌های ترانزیستورهای با تحرک الکترون بالای گالیوم نیترید با کیفیت بالا را فراهم کرده‌اند.

تیم وانگ در مقاله خود گفت: “این محصولات دارای پتانسیل فوق‌العاده‌ای برای کاربرد در زمینه دستگاه‌های مایکروویو حالت جامد برای نسل بعدی هستند.”

در سال‌های اخیر، ارتش چین گام‌های مهمی در قابلیت‌های جنگ الکترونیکی برداشته است که توسط پیشروترین و گسترده‌ترین صنعت فناوری اطلاعات ارتباطی در جهان تقویت شده است.

مقاله‌ای که اخیرا منتشر شده نشان می‌دهد که جدیدترین تجهیزات شناسایی جنگ الکترونیک ارتش آزادی‌بخش خلق (ارتش چین)، مجهز به هوش مصنوعی و سایر فناوری‌های پیشرفته، راه را برای غلبه بر چالش‌های ناشی از پردازش جریان اطلاعات گسترده رهبری کرده است. این دستاورد برای اولین بار امکان نظارت بر امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا در میدان جنگ را فراهم کرده است.

به گفته برخی از محققان، ادغام رادارها و آنتن‌ها در کشتی‌های جنگی چینی که به تازگی راه‌اندازی شده‌اند نیز ممکن است در سطح قابل توجه بالاتری از کشتی‌های جنگی اصلی نیروی دریایی ایالات متحده باشد.

در شبکه‌های اجتماعی چین، دکل‌های آنتن بزرگ بر فراز آخرین ناوهای هواپیمابر کلاس فورد ایالات متحده و ناوشکن‌های کلاس آرلی بورک (که یادآور جنگ جهانی دوم هستند) به عنوان «طناب‌های رختشویی» مورد تمسخر قرار گرفته‌اند.

به‌رغم تجربه رزمی گسترده نیروی دریایی ایالات متحده، دشمنان اصلی آن از زمان جنگ سرد عمدتا گروه‌های تروریستی بوده‌اند که یا قابلیت‌های تلافی‌جویی نداشتند یا حداقل قابلیت‌ها را دارا بوده‌اند. اگر آنها در مقابل حریفانی با فناوری مشابه یا برتر قرار گیرند، افسران و ملوانان (آمریکایی) ممکن است با فشار قابل توجهی مواجه شوند.

گزارش‌ها حاکی از آن است که نیروی دریایی ایالات متحده از سال گذشته ۱۸ فرمانده خط مقدم خود را به دلیل از دست دادن اعتماد به طور علنی برکنار کرده است که آمار غیرمعمول بالایی است. بسیاری از این افسران درگیر عملیات نظامی علیه چین در آب‌های حساس مانند دریای چین جنوبی یا غرب اقیانوس آرام بودند.

چون هیچ مهمات جنگی استفاده نشده است، برخی از کارشناسان نظامی حدس می‌زنند که اخراج برخی از فرماندهان نیروی دریایی ایالات متحده ممکن است به نتیجه منفی جنگ الکترونیک مرتبط باشد.

در همین حال، در چین پیشرفت در فناوری تولید نیمه‌رساناهای الماسی با کارایی بالا، اعتماد کنونی این کشور را در جنگ الکترونیک تقویت می‌کند و مزایای آن را در صنایع پیشرفته، به ویژه در ارتباطات تقویت می‌کند.

اما چین بدون رقیب نیست. میتسوبیشی الکتریک ژاپن در سال ۲۰۱۹ اعلام کرد که دستگاه‌های ترانزیستورهای با تحرک الکترون بالای گالیوم نیترید دارای زیرلایه الماس را در آزمایشگاه توسعه داده است و برنامه‌هایی برای تولید تجاری تا سال ۲۰۲۵ دارد.

با این وجود، حتی اگر سایر کشورها به دستاوردهای فناوری مشابهی دست یابند، ممکن است همچنان در رقابت با چین از نظر ظرفیت تولید و هزینه با موانعی روبرو شوند.

الماس‌ها به دلیل خواص برترشان و پتانسیل گسترده‌ای برای کاربرد در زمینه‌های نوظهور مانند پردازنده‌های نسل بعدی و کامپیوترهای کوانتومی توسط برخی از دانشمندان به عنوان ماده “نیمه‌رسانای نهایی” مورد استقبال قرار گرفته‌اند.

دولت چین نزدیک به دو دهه است که در حال برنامه‌ریزی و سرمایه‌گذاری در صنعت الماس مصنوعی است. در برخی استان‌ها مانند هنان، پایگاه‌های تولید در مقیاس بزرگ با ظرفیت‌های بسیار فراتر از تقاضای فعلی الماس تاسیس شده است.

برخی از کارشناسان صنعت تخمین می‌زنند که چین در صورت نیاز می‌تواند تولید الماس خود را سه برابر کند.

منبع: scmp