Halvledare för framtidens mikrovågssystem

Framtidens trådlösa system kräver mer effekt, högre hastigheter och lägre energiförbrukning. Niklas Rorsman utvecklar halvledare för nästa generations radar- och kommunikationssystem.

När det svensk-taiwanesiska projektet om avancerade halvledare avslutas i år är nyttan tydlig: mer effekt och högre energieffektivitet. Projektet drivs med stöd av Stiftelsen för strategisk forskning, SSF, och handlar om galliumnitrid, GaN.
– Galliumnitrid används redan i industrin, men i projektet tittar vi på nästa generation. Det stora bandgapet gör att det går att generera mer effekt. Det speciella är hög effekt vid riktigt höga frekvenser, med tillämpningar i främst radarsystem och basstationer för mobiltelefoni, säger Niklas Rorsman, forskningsprofessor i mikroteknologi och nanovetenskap vid Chalmers tekniska högskola.

Från material till nytta
– För att tekniken ska fungera behöver hela kedjan hålla. Materialet ska vara rätt från början, transistorerna tillverkas så att egenskaperna bevaras och kretsarna designas för att använda tekniken. Styrkan är att förstå vägen från material till tillämpning, ihop med slutanvändare som Saab och Ericsson.

Kraft där det behövs
Tekniken kan bidra till små basstationer, mikrovågslänkar och radar.
– I basstationer är både uteffekt och effektivitet viktiga. När el kan omvandlas mer effektivt till högfrekvent effekt går det att spara energi och hålla nere driftskostnader. I radar är hög uteffekt avgörande för att detektera mål på längre avstånd, säger Niklas Rorsman.
Ett av projektets resultat är en halvledarstruktur som har framställts i Chalmers egen laboratorieutrustning.
– Vi har tagit fram material med goda transportegenskaper, tillverkat transistorer och skalat ner dimensionerna. Framför allt har vi kunnat visa hög prestanda vid väldigt höga frekvenser. Det är ett viktigt steg mot nästa generation av halvledarkomponenter.

Starkare tillsammans
– Taiwan sitter nära den stora halvledarindustrin, medan Sverige har en stark koppling till avancerade slutanvändare. De europeiska samarbetena, inte minst med Tyskland och Frankrike, stärker kunskapen i hela kedjan, från material till kretsar och system. För Europa är det kritiskt att kompetensen finns kvar och utvecklas. Om tio år hoppas jag att arbetet med riktigt höga frekvenser har gjort avtryck.