Η Northrop Grumman εξασφάλισε συμβόλαιο 7 εκατομμυρίων δολαρίων με την DARPA για την ανάπτυξη μικροτσίπ ενισχυμένων με διαμάντια που θα μπορούσαν να χειριστούν πολύ περισσότερη ισχύ χωρίς υπερθέρμανση. Το έργο αποτελεί τη Φάση 2 του προγράμματος Τεχνολογιών για την Αφαίρεση Θερμότητας στην Ηλεκτρονική στο Device Scale της DARPA, γνωστό ως THREADS. Οι ερευνητές θέλουν να λύσουν ένα αυξανόμενο πρόβλημα στα προηγμένα στρατιωτικά ηλεκτρονικά: τη θερμότητα.
Τα μικροτσίπ
Τα σύγχρονα τσιπ ραδιοσυχνοτήτων παράγουν τεράστιες ποσότητες θερμότητας σε ολοένα και πιο συμπαγείς χώρους. Οι μηχανικοί συχνά περιορίζουν την απόδοσή τους για να αποτρέψουν ζημιές ή πρόωρη βλάβη. Η Northrop Grumman πιστεύει ότι το διαμάντι θα μπορούσε να αλλάξει αυτήν την εξίσωση.
Η θερμότητα περιορίζει την απόδοση του τσιπ
Η αεροδιαστημική και αμυντική εταιρεία σχεδιάζει να ενσωματώσει το διαμάντι απευθείας σε προηγμένες συσκευές ημιαγωγών. Το υλικό θα απομακρύνει τη θερμότητα από μικροσκοπικά θερμά σημεία μέσα σε κυκλώματα RF υψηλής ισχύος. Το διαμάντι προσφέρει εξαιρετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Σύμφωνα με την Northrop Grumman, μπορεί να άγει θερμότητα περίπου πέντε φορές πιο γρήγορα από τον χαλκό. Αυτή η δυνατότητα θα μπορούσε να επιτρέψει στα τσιπ να λειτουργούν σε υψηλότερα επίπεδα ισχύος χωρίς να φτάνουν σε επιβλαβείς θερμοκρασίες.
Η τεχνολογία στοχεύει σε συστήματα όπου η ισχύς και το μέγεθος παραμένουν κρίσιμοι περιορισμοί. Πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν στρατιωτικές επικοινωνίες, ραντάρ και δορυφορικές συνδέσεις.
Ο Ben Heying, διευθυντής μικροηλεκτρονικής στο Space Park Foundry της Northrop Grumman, δήλωσε ότι η θερμοκρασία έχει περιορίσει εδώ και καιρό την απόδοση των ημιαγωγών. «Η ενσωμάτωση διαμαντιού απευθείας σε τσιπ λειτουργεί σαν ένα υπερτροφοδοτούμενο σύστημα ψύξης», δήλωσε ο Heying. «Διατηρεί τα τσιπ δροσερά, ώστε να μπορούμε να αυξήσουμε την ισχύ χωρίς κίνδυνο εξάντλησης». Η Northrop Grumman θα προσπαθήσει τώρα να προωθήσει την τεχνολογία σημαντικά περαιτέρω στο πλαίσιο της δεύτερης φάσης THREADS της DARPA.
Η Northrop Grumman συνεργάστηκε με το Πανεπιστήμιο Stanford για την προσέγγιση. Η διαδικασία τους καλλιεργεί διαμάντι στο πίσω μέρος μιας συσκευής και μέσα σε μικροσκοπικά κανάλια.
Αυτά τα κανάλια παρέχουν μια άμεση διαδρομή για τη θερμότητα να διαφύγει από περιοχές όπου οι θερμοκρασίες μπορούν να αυξηθούν ραγδαία. Η εταιρεία έχει ήδη διεξάγει δοκιμές υψηλής ισχύος που περιλαμβάνουν τεχνολογία ημιαγωγών με βάση το διαμάντι. Αναφέρει ότι αυτές οι δοκιμές υποστήριξαν τις δυνατότητες του υλικού για προηγμένα ηλεκτρονικά.
Το νιτρίδιο του γαλλίου παραμένει ένα σημαντικό υλικό για εφαρμογές υψηλής ισχύος και RF σήμερα. Ωστόσο, ακόμη και οι συσκευές GaN αντιμετωπίζουν θερμικά όρια, καθώς οι μηχανικοί απαιτούν μεγαλύτερη απόδοση από μικρότερο υλικό. Η καλύτερη ψύξη θα μπορούσε να βοηθήσει στην αλλαγή αυτού του συμβιβασμού. Κατά τη διάρκεια της Φάσης 1 του THREADS, η Northrop Grumman αύξησε την πυκνότητα ισχύος κατά 3,3 φορές. Η πυκνότητα ισχύος μετρά πόση ηλεκτρική ισχύ μπορούν να χωρέσουν οι μηχανικοί σε μια δεδομένη περιοχή.
Η πυκνότητα ισχύος αντιμετωπίζει ένα άλλο άλμα
Η Φάση 2 στοχεύει τώρα να αυξήσει την πυκνότητα ισχύος κατά περισσότερο από τρεις φορές ξανά. Εάν είναι επιτυχής, η προσπάθεια θα μπορούσε να παράγει σημαντικά πιο ισχυρούς πομπούς RF χωρίς να απαιτούνται αναλογικά μεγαλύτερα ηλεκτρονικά.
Αυτό έχει σημασία για τα αμυντικά συστήματα όπου κάθε επιπλέον watt δημιουργεί προκλήσεις ψύξης και συσκευασίας. Μικρότερα, πιο ικανά μικροτσίπ θα μπορούσαν επίσης να υποστηρίξουν μελλοντικούς στρατιωτικούς δορυφόρους και συστήματα επικοινωνιών. Τα ηλεκτρονικά υψηλής ισχύος πρέπει συχνά να λειτουργούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα υπό απαιτητικές συνθήκες. Η Northrop Grumman ερευνά την θερμική τεχνολογία με βάση τα διαμάντια από το 2019. Το πρόγραμμα THREADS δίνει τώρα στην εργασία μια ευρύτερη πορεία προς την πρακτική κατασκευή ημιαγωγών.
Η εταιρεία λέει επίσης ότι το μοντέλο χυτηρίου ανοιχτής πρόσβασης θα μπορούσε να καταστήσει την τεχνολογία διαθέσιμη σε ολόκληρη την ευρύτερη βιομηχανία μικροηλεκτρονικής των ΗΠΑ. Αυτό θα μπορούσε να αποδειχθεί σημαντικό πέρα από ένα ενιαίο αμυντικό πρόγραμμα.
Η προσέγγιση διαμαντιών της Northrop Grumman τοποθετεί αυτή τη λύση ψύξης απευθείας μέσα στον ημιαγωγό. Η επόμενη φάση θα καθορίσει πόσο μακριά μπορεί αυτή η ιδέα να ωθήσει τα στρατιωτικά ηλεκτρονικά πέρα από τα σημερινά θερμικά όρια.
www.worldenergynews.gr
