Trafik sıkışıklığını ortadan kaldıran sürücüsüz araçlar, evinizden çıkmadan sağlık teşhisi alabilmek veya kıtalar arası mesafelerde bile sevdiklerinizin dokunuşunu hissedebilmek, uzun yıllar boyunca yalnızca bilim kurgu filmlerinin konusu gibi görünüyordu. Ancak Bristol Üniversitesi öncülüğünde yürütülen ve Nature Electronics dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, bu tür geleceğe yönelik teknolojilerin gerçeğe dönüşmesine bir adım daha yaklaşıldığını ortaya koydu.
YENİ NESİL VERİ AKIŞI
Araştırma, mevcut ağ sistemlerinden çok daha hızlı bir şekilde büyük miktarda veriyi iletme kapasitesine sahip teknolojilerin temelinde, yenilikçi yarı iletken gelişmelerinin yattığını gösteriyor. Bu bağlamda fizikçiler, dünya genelindeki çok sayıda kullanıcı arasında veri aktarımını hızlandırmak için çığır açıcı bir yöntem geliştirdi.
Bristol Üniversitesi’nden Fizik Profesörü Martin Kuball, önümüzdeki on yıl içinde bugüne kadar yalnızca hayal edilen birçok insan deneyiminin teknolojik olarak dönüştürülebileceğine işaret etti. Uzaktan teşhis ve cerrahi uygulamaları, sanal sınıflar ve sanal tatil turizmi gibi alanlarda büyük atılımların mümkün hale gelebileceğini vurgulayan Kuball, aynı zamanda endüstriyel otomasyonun gelişmiş sürücü destek sistemleriyle daha da verimli hale getirilebileceğini belirtti. Bu bağlamda, olası 6G uygulamalarının sınırlarının yalnızca insan hayal gücüyle çizilebileceğini ifade etti.
TEKNOLOJİNİN KALBİ: GaN
5G’den 6G’ye geçişin, yalnızca ağ altyapılarında değil, aynı zamanda yarı iletken teknolojileri, devre yapıları ve ilgili algoritmalarda da köklü bir dönüşüm gerektirdiği biliniyor. Bu süreçte en kritik bileşenlerden biri olan radyo frekans (RF) amplifikatörlerinin, daha hızlı, daha güçlü ve daha güvenilir olması gerekiyor. Bu noktada öne çıkan yarı iletken malzeme ise galyum nitrür (GaN) olarak dikkat çekiyor.
Araştırmada yer alan uluslararası bilim insanları ve mühendisler, GaN amplifikatörlerini çok daha yüksek performans seviyelerine ulaştıran yeni bir mimariyi test etti. Bu başarı, GaN üzerinde keşfedilen ve “mandal etkisi” olarak adlandırılan özel bir fiziksel fenomen sayesinde mümkün oldu. Yeni geliştirilen cihazlar, paralel kanallar aracılığıyla çalışan ve 100 nanometrenin altındaki yan yüzgeçleri kullanan bir transistör mimarisine dayanıyor.
SIRA DIŞI CİHAZ MİMARİSİ
Ekip, “süper kafesli kale tipi alan etkili transistörler” (SLCFET’ler) adı verilen bu cihazların pilot uygulamalarını gerçekleştirdi. SLCFET’lerde, 100 nm’den daha küçük genişlikteki 1.000’den fazla kanatçık, elektrik akımının iletilmesini sağlıyor. Bu yapı, 75 ila 110 gigahertz frekans aralığında, yani W-bant olarak bilinen bölgede en yüksek performansı gösterdi.
Araştırma sürecinde, bu olağanüstü performansın ardındaki fiziksel mekanizmayı anlamak için ultra hassas elektriksel ölçümler ve optik mikroskopi teknikleri bir arada kullanıldı. Yapılan analizlerde, “mandal etkisi”nin en geniş kanatçıkta meydana geldiği tespit edildi.
GÜVENİLİRLİKTE KİLİT UNSUR
Elde edilen gözlemleri doğrulamak amacıyla araştırmacılar ayrıca bir simülasyon ortamında 3 boyutlu bir model geliştirdi. Mandal etkisinin pratik uygulamalarda ne derece güvenilir olduğunu test etmek amacıyla cihaz uzun süreli bir dayanıklılık testine tabi tutuldu. Sonuçlar, bu etkinin cihazın performansına veya güvenilirliğine herhangi bir olumsuz etki yapmadığını gösterdi.
Cihazın güvenilirliğini sağlayan temel unsurun, her bir kanatçığın çevresine eklenen ince dielektrik kaplama katmanı olduğu anlaşıldı. Araştırmacılar, bu fiziksel keşfin yalnızca yüksek performanslı iletişim sistemlerine değil, aynı zamanda sayısız farklı pratik uygulamaya da kapı aralayabileceğini vurguladı.
GELECEĞE YATIRIM BAŞLADI
Çalışmayı yürüten ekip, bundan sonraki hedeflerinin, cihazların güç yoğunluğunu daha da artırmak olduğunu belirtiyor. Bu sayede daha yüksek performans elde edilebilecek ve cihazlar daha geniş kullanıcı kitlesine hitap edebilecek. Endüstri ortakları ise bu yeni nesil yarı iletken cihazların ticarileştirilmesi süreci için şimdiden hazırlıklara başladı.
