Mit einem monumentalen Sprung für die Telekommunikation der nächsten Generation und Weltraumtechnologie hat eine von der Saga University geleitete Forschungsgruppe in Zusammenarbeit mit der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und Diamond Semiconductor Inc. erfolgreich ein Hochfrequenz-Halbleiterbauelement aus Diamant entwickelt. Dieser Durchbruch verspricht, die Art und Weise zu revolutionieren, wie wir Verstärkung im Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich angehen, insbesondere für 6G und Satellitenkommunikation.
Das neu entwickelte Bauelement nutzt Diamant, der aufgrund seiner überlegenen physikalischen Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichem Silizium oder Galliumnitrid oft als „das ultimative Halbleitermaterial“ bezeichnet wird. Das Team konzentrierte sich auf die Entwicklung eines Bauelements, das im Mikrowellenband (drei bis dreißig Gigahertz) und im Millimeterwellenband (dreißig bis dreihundert Gigahertz) arbeiten kann.
Eine der bemerkenswertesten Leistungen dieses Projekts sind die rekordverdächtigen Leistungsdaten. Das Bauelement zeigte eine Durchbruchspannung im ausgeschalteten Zustand von viertausendzweihundertsechsundsechzig Volt. Darüber hinaus erreichte die Grenzfrequenz für die Leistungsverstärkung einhundertzwanzig Gigahertz. Nach Angaben des Forschungsteams stellen beide Werte weltweit die höchste Leistungsstufe für diamantbasierte Bauelemente dar.
Um dies zu erreichen, setzte das Team fortschrittliche Verarbeitungsverfahren ein, darunter die Herstellung einer T-förmigen Gate-Elektrode mit einer Breite von nur einhundertsiebenundfünfzig Nanometern mittels Elektronenstrahllithografie. Außerdem verbesserten sie die Reinheit des in der Gate-Isolationsschicht verwendeten Aluminiumoxids erheblich, was entscheidend für die Erhöhung der Durchbruchspannung war.
Derzeit sind Satellitenkommunikationssysteme für die Hochfrequenzverstärkung stark auf Vakuumröhren wie Wanderfeldröhren angewiesen. Diese sind jedoch sperrig und haben eine kürzere Lebensdauer. Dieses neue diamantbasierte Halbleiterbauelement bietet eine kompakte, hocheffiziente und strahlungsresistente Festkörper-Alternative, die es ideal für die harsche Umgebung des Weltraums und die anspruchsvollen Anforderungen zukünftiger 6G-Basisstationen macht.
Die Forschungsgruppe plant, das Bauelement weiter für den praktischen Einsatz zu optimieren, wobei Diamond Semiconductor Inc. beabsichtigt, bald mit dem Verkauf von Mustern zu beginnen. Diese Entwicklung markiert einen bedeutenden Schritt hin zur Ablösung älterer Vakuumröhren-Technologie durch robuste, leistungsstarke diamantbasierte Festkörperbauelemente.
