Беспилотные автомобили, способные устранить пробки, мгновенная медицинская диагностика, не выходя из дома, или возможность почувствовать прикосновение близких, находящихся на другом континенте, — всё это звучит как научная фантастика. Однако новое исследование под руководством Университета Бристоля, опубликованное сегодня в журнале Nature Electronics, может приблизить такие технологии к реальности благодаря радикальному прорыву в области полупроводников.

Реализация подобных футуристических идей требует обмена и передачи огромных объёмов данных с гораздо большей скоростью, чем позволяют современные сети. Для этого физики разработали инновационный способ ускорить такие процессы между множеством пользователей по всему миру.

Один из руководителей исследования, профессор физики Университета Бристоля Мартин Кубалл, отметил: «В течение следующего десятилетия технологии, которые раньше казались почти немыслимыми, смогут стать частью повседневной жизни. Польза от этого может быть очень широкой — от развития медицины с возможностью дистанционной диагностики и хирургии, до виртуальных классов и даже виртуального туризма. Кроме того, новые системы помощи водителям смогут повысить безопасность на дорогах, а индустриальная автоматизация — повысить эффективность производства. Применение технологий 6G практически безгранично, всё ограничено лишь воображением. Наши инновации в области полупроводников действительно захватывающи и позволят быстро и масштабно развивать эти направления».

Переход от 5G к 6G требует принципиального обновления полупроводников, схем, систем и алгоритмов. К примеру, основные компоненты — усилители радиочастотных сигналов на основе уникального проводника нитрида галлия (GaN) — должны стать ещё быстрее, мощнее и надёжнее.

Международная команда учёных и инженеров протестировала новую архитектуру, что позволило вывести такие GaN-усилители на недостижимый ранее уровень. Это стало возможным благодаря открытию latch-эффекта в GaN, который обеспечивает значительно лучшие характеристики устройств на радиочастотах. В устройствах нового поколения используются параллельные каналы с боковыми ребрами толщиной менее 100 нм — это особый тип транзисторов, управляющих током внутри устройства.

Второй руководитель работы, д-р Ахил Шаджи, почётный научный сотрудник Университета Бристоля, объяснил: «Вместе с коллегами мы испытали новую технологию устройств — сверхрешёточные транзисторы с зубчатым каналом (SLCFET), где более тысячи рёбер шириной менее 100 нм обеспечивают протекание тока. Хотя SLCFET показали выдающиеся характеристики в частотном диапазоне W-диапазона (75–110 ГГц), физическая причина этого эффекта была неизвестна. Мы выяснили, что дело в latch-эффекте в нитриде галлия, который и обеспечивает столь высокую производительность».

Затем исследователи определили точное место возникновения этого эффекта, используя сверхточные электрические измерения и оптическую микроскопию. После анализа более тысячи рёбер latch-эффект был обнаружен в самом широком из них.

Профессор Кубалл, также являющийся председателем Королевской инженерной академии по новым технологиям, добавил: «Мы также разработали 3D-модель и симулятор для подтверждения наших наблюдений. Следующим шагом стало изучение надёжности latch-эффекта для практического применения. Длительное и тщательное тестирование показало, что этот эффект не оказывает негативного влияния на работу или надёжность устройства. Ключевым фактором устойчивости стала тонкая диэлектрическая оболочка вокруг каждого ребра. Главное — latch-эффект можно использовать во множестве практических областей, что способно изменить жизнь людей самым разным образом в ближайшие годы».

Следующим этапом работы станет дальнейшее увеличение плотности мощности устройств, чтобы достичь ещё более высокой производительности и расширить возможности их применения.