Trong một bước nhảy vọt mang tính đột phá cho viễn thông thế hệ mới và công nghệ không gian, một nhóm nghiên cứu do Đại học Saga dẫn đầu, phối hợp với Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) và Diamond Semiconductor Inc., đã phát triển thành công một thiết bị bán dẫn tần số cao sử dụng kim cương. Đột phá này hứa hẹn sẽ cách mạng hóa cách tiếp cận khuếch đại vi sóng và sóng milimet, đặc biệt cho 6G và truyền thông vệ tinh.
Thiết bị mới phát triển sử dụng kim cương, thường được gọi là "vật liệu bán dẫn tối ưu" nhờ các đặc tính vật lý vượt trội so với silicon hoặc gallium nitride truyền thống. Nhóm tập trung tạo ra một thiết bị có khả năng hoạt động trong băng vi sóng (ba đến ba mươi gigahertz) và băng sóng milimet (ba mươi đến ba trăm gigahertz).
Một trong những thành tựu ấn tượng nhất của dự án này là các thông số hiệu suất kỷ lục. Thiết bị đã cho thấy điện áp đánh thủng ở trạng thái tắt là bốn nghìn hai trăm sáu mươi sáu volt. Hơn nữa, tần số cắt đối với độ lợi công suất đạt một trăm hai mươi gigahertz. Theo nhóm nghiên cứu, cả hai con số này đều đại diện cho mức hiệu suất cao nhất thế giới đối với các thiết bị dựa trên kim cương.
Để đạt được điều này, nhóm đã áp dụng các kỹ thuật xử lý tiên tiến, bao gồm việc tạo ra một điện cực cổng hình chữ T với bề rộng chỉ một trăm năm mươi bảy nanomet bằng kỹ thuật quang khắc chùm tia điện tử. Họ cũng cải thiện đáng kể độ tinh khiết của lớp ôxít nhôm được dùng trong lớp cách điện cổng, yếu tố then chốt để nâng cao điện áp đánh thủng.
Hiện nay, các hệ thống thông tin vệ tinh vẫn phụ thuộc nhiều vào ống chân không, chẳng hạn như ống sóng chạy, để khuếch đại tần số cao. Tuy nhiên, các thiết bị này cồng kềnh và có tuổi thọ ngắn hơn. Thiết bị bán dẫn kim cương mới này mang đến một giải pháp thể rắn nhỏ gọn, hiệu suất cao và có khả năng chống bức xạ, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho môi trường khắc nghiệt của không gian và các yêu cầu khắt khe của các trạm gốc 6G trong tương lai.
Nhóm nghiên cứu dự định tiếp tục tối ưu hóa thiết bị để triển khai thực tế, trong khi Diamond Semiconductor Inc. đặt mục tiêu sớm bắt đầu bán các mẫu thử. Phát triển này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới việc thay thế công nghệ ống chân không truyền thống bằng các thiết bị thể rắn dựa trên kim cương mạnh mẽ, hiệu suất cao.
