Μια ερευνητική ομάδα σε κινεζικό πανεπιστήμιο ανέπτυξε μια νέα μέθοδο κατασκευής υπέρυθρων ημιαγωγών υψηλής τεχνολογίας, η οποία θα μπορούσε να μειώσει δραματικά το κόστος τους και να βελτιώσει την απόδοση στις κάμερες smartphone και στα αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα.
Οπως γράφει η South China Morning Post, η βασική καινοτομία έγκειται στην εύρεση ενός τρόπου κατασκευής των ημιαγωγών με τη χρήση συμβατικών τεχνικών παραγωγής, αντί για τα δαπανηρά υλικά στα οποία βασίζονταν μέχρι σήμερα. Σύμφωνα με δελτίο τύπου του Πανεπιστημίου Xidian, η μαζική παραγωγή αναμένεται να ξεκινήσει μέχρι το τέλος του έτους.
Τεχνολογία SWIR: Ορατότητα στην ομίχλη
Τα chip αυτά ανιχνεύουν το υπέρυθρο βραχέων κυμάτων (SWIR), το οποίο είναι αόρατο στο ανθρώπινο μάτι και μπορεί να διαπεράσει την ομίχλη, την πάχνη και τον καπνό. Οι κάμερες με δυνατότητα ανίχνευσης SWIR μπορούν να τραβήξουν φωτογραφίες σε απόλυτο σκοτάδι και να «δουν» ακόμη και μέσα από ορισμένα υλικά.
Η τεχνολογία προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα:
- Αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα: Ορατότητα μέσα από πυκνή ομίχλη.
- Βιομηχανία: Οι σαρωτές στα εργοστάσια θα εντοπίζουν ελαττωματικά προϊόντα μέσα από τη συσκευασία τους.
- Ρομποτική: Τα ανθρωποειδή ρομπότ θα αποφεύγουν εμπόδια στο σκοτάδι.
Από τη στρατιωτική χρήση στην καθημερινότητα
Μέχρι τώρα, το απαγορευτικό κόστος περιόριζε τη χρήση αυτής της τεχνολογίας σε στρατιωτικές εφαρμογές και στην επιστημονική έρευνα αιχμής (αναγνώριση μέσω δορυφόρων, επιτήρηση με drones και καθοδήγηση πυραύλων). Ένα μεμονωμένο chip μπορεί να κοστίζει από αρκετές εκατοντάδες έως αρκετές χιλιάδες δολάρια.
Ο λόγος είναι η εξάρτηση από το ακριβό αρσενικούχο ίνδιο-γάλλιο (InGaAs), το οποίο ενσωματώνεται δύσκολα στις συνήθεις διαδικασίες παραγωγής.
Η λύση
Στις 29 Μαρτίου, το Πανεπιστήμιο Xidian ανακοίνωσε ότι η ομάδα του καθηγητή Hu Huiyong χρησιμοποίησε μια νέα προσέγγιση: πυρίτιο-γερμάνιο και τη μέθοδο CMOS (συμπληρωματικός μεταλλικός-οξείδιο-ημιαγωγός), τεχνικές που χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή chip.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό επέτρεψε μια θεωρητική μείωση κόστους έως και 99% -φτάνοντας περίπου στα 10 δολάρια- σε σύγκριση με τα chip που βασίζονται στο InGaAs.
Ξεπερνώντας τα τεχνικά εμπόδια
Η αντικατάσταση των ακριβών υλικών δεν ήταν εύκολη. Η απόσταση μεταξύ των ατόμων στα κρυσταλλικά πλέγματα του πυριτίου και του γερμανίου διαφέρει κατά 4,2%, γεγονός που προκαλεί ελαττώματα στους ημιαγωγούς.
Για να το λύσει αυτό, η ομάδα:
- Πρόσθεσε στρώματα αποσβεστήρων (buffer layers) για να «απορροφήσουν» τη διαφορά των υλικών.
- Σφράγισε την επιφάνεια των chip με θερμική επεξεργασία και χημικές τεχνικές για να αποτρέψει τη διαρροή ηλεκτρικού ρεύματος.
Το πανεπιστήμιο υποστηρίζει ότι τα επιτεύγματα της ομάδας, τόσο στην αποδοτικότητα ανίχνευσης όσο και στον έλεγχο θορύβου, αγγίζουν ή και ξεπερνούν τα επίπεδα κορυφαίων εταιρειών όπως Sony, TSMC και Artilux.
Μέσω της Zhixin Semiconductor, η ομάδα έχει στήσει μια πλήρη εσωτερική αλυσίδα παραγωγής, με μια ειδική γραμμή παραγωγής πυριτίου-γερμανίου να αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία στα τέλη του 2026.