北京大學研究新型氮化鎵半導體 可能推進隱形飛機雷達技術

來自北京大學的研究人員發現了一種新型氧化鎵 (Ga₂O₃),可能會用於推動下一代半導體的發展。如果這項研究成果得以實現,將有助於開發非常強大且緊湊的雷達電子設備,適用於隱形飛機和戰鬥機。目前,大多數雷達系統仍然依賴氮化鎵 (GaN) 或砷化鎵 (GaAs) 等半導體來運行。現代戰鬥機通常採用稱為主動電子掃描陣列 (AESA) 的雷達技術,該技術由數千個微小的發射/接收模塊(T/R 模塊)組成。這些模塊使用功率半導體來生成微波雷達信號,通常能提供更高的功率輸出和效率,從而實現更長的探測範圍。

隨著航空技術的進步,AESA 技術在各代飛機中都有了顯著改善。以砷化鎵為例,它是最早的半導體之一,曾用於早期的 F-22 猛禽戰鬥機。而氮化鎵則是目前的第二代 AESA,廣泛應用於現代戰鬥機,如 F-25 閃電 II 及中國的 J-20 和 J-35。氮化鎵的效率和功率均高於砷化鎵,這意味著其擁有更長的探測範圍、更好的干擾抵抗力及更低的功耗。

大多數空軍目前都在積極尋求盡快升級至氮化鎵技術。根據這項新研究,氧化鎵有可能成為第三代 AESA 的新標誌。研究團隊領導吳振平在接受《南華早報》訪問時表示:「如果我們能將氧化鎵的極端穩定性——這種『高溫半導體』——與鐵電材料的儲存能力結合起來,我們將能解決極端環境下多功能電子的一個關鍵挑戰:實現高功率處理和非揮發性存儲。」

這項發現的核心在於一種名為 kappa-氧化鎵的新晶體形式。有趣的是,這種新晶體似乎展現出鐵電特性。吳振平指出:「kappa-氧化鎵的鐵電性在日常及極端環境中均保持穩定,損失極小。我們測量到的極高循環耐久性……證實了這一點。」這類材料被認為能夠在無電力的情況下存儲數據並保持狀態,類似於快閃記憶體。因此,理論上,使用這些材料製作的芯片可以在單一設備中發送雷達信號、存儲數據和處理信號。

目前,這一過程通常需要一組獨立的芯片來提供相同的服務。因此,這種集成芯片應能實現更小的雷達電子設備,並提高信號處理速度,減少故障點,並顯著提高能效。吳振平表示:「將鐵電性引入氧化鎵光電探測器,確實有望帶來顯著的性能提升,使其更具能效和有效性。」

這一發展不僅有趣,同時也突顯出中國在雷達系統方面的一項戰略優勢:自然資源。目前,中國控制著全球超過 95% 的氧化鎵資源,這在我們看到的 AESA 芯片中至關重要。全國人民代表大會成員、中科院院士郝悅在接受《南華早報》時指出:「我國擁有全球超過 95% 的氧化鎵資源,並對關鍵半導體材料如氧化鎵和鍺實施出口管制,這是一種其他國家不具備的工業優勢。」


Henderson
Henderson 主要擔任「炒稿記者」的職責,以翻譯最新科技,手機 電動車等消息為每天的工作。