عندما تكون في مبنى شاهق أو مترو أنفاق أو منطقة نائية، وتكون إشارة هاتفك المحمول متقطعة أو ضعيفة – فإن السبب وراء ذلك يعود إلى القيود الأدائية لشريحة مضخم القدرة للترددات الراديوية (PA). اليوم، أصبح هذا الوضع على وشك التغيير الجذري.
أعلن مؤخرًا المعهد الخامس والخمسون لمجموعة الصين لتكنولوجيا الإلكترونيات (CETC 55) وشركة Nanjing Guobo Electronics Co., Ltd. التابعة له، عن إتمام التسليم بكميات كبيرة لأول شريحة ترددات راديوية من نيتريد الغاليوم على السيليكون (GaN-on-Si) في العالم والمخصصة للأجهزة الذكية، حيث تجاوز إجمالي الكميات المسلمة 5 ملايين شريحة. يمثل هذا المرة الأولى عالميًا التي يتم فيها تحقيق تسويق تجاري واسع النطاق لهذا النوع من الشرائح في الأجهزة الطرفية الاستهلاكية والاتصالات المدنية، مما يشير إلى أن شرائح الترددات الراديوية المحلية قد انتقلت من مجرد ملاحقة العلامات التجارية الدولية في الماضي إلى تحقيق تجاوز حقيقي للمسار التقليدي.
المسار الحتمي من "زرنيخيد الغاليوم" إلى "نيتريد الغاليوم"
تُعد شريحة الترددات الراديوية "قلب الإشارة" في أنظمة الاتصالات، حيث تحدد بشكل مباشر سرعة النقل ومدى التغطية واستقرار الأجهزة مثل الهواتف المحمولة والمحطات الطرفية الفضائية. حاليًا، تستخدم المكونات الأساسية لشرائح الترددات الراديوية في الهواتف المحمولة المحلية بشكل واسع مادة الجيل الثاني من أشباه الموصلات – زرنيخيد الغاليوم (GaAs).
ومع ذلك، مع النمو الهائل لاتصالات الجيل الخامس/السادس (5G/6G) والفضاء التجاري والاقتصاد المنخفض الارتفاع، ارتفعت متطلبات شرائح مضخم القدرة للترددات الراديوية إلى مستويات جديدة: قدرة أعلى، كفاءة أعلى، نطاق ترددي أوسع، وموثوقية أعلى. تواجه شرائح زرنيخيد الغاليوم صعوبة متزايدة في تلبية هذه المتطلبات الصارمة، بينما أصبح نيتريد الغاليوم (GaN)، وهو مادة الجيل الثالث من أشباه الموصلات، المادة المعترف بها عالميًا للجيل القادم من شرائح الترددات الراديوية بفضل مزاياه الفيزيائية مثل فجوة النطاق العريضة، مجال الانهيار العالي، وحركية الإلكترون العالية. لكن شرائح الترددات الراديوية من نيتريد الغاليوم السابقة كانت تعتمد في الغالب على ركائز كربيد السيليكون (SiC) الباهظة الثمن، مما أدى إلى ارتفاع التكاليف وصعوبة دخول الأجهزة الذكية الاستهلاكية.
كيفية نمو أجهزة نيتريد الغاليوم عالية الأداء على ركيزة من السيليكون مع تحقيق تصنيع منخفض التكلفة وبكميات كبيرة – هذه المعضلة المزدوجة كانت محور التركيز الرئيسي لصناعة أشباه الموصلات العالمية لعقود.
اختراق مستقل لسلسلة القيمة بأكملها، وبناء أول خط إنتاج بقطر 6 بوصات في الصين
استهدف فريق المعهد الخامس والخمسون (CETC 55) الاحتياجات الاستراتيجية الوطنية الكبرى، وركز جهوده على إجراء أبحاث شاملة لتقنيات سلسلة القيمة الكاملة لنيتريد الغاليوم على السيليكون. بعد سنوات من الجهود المكثفة، تمكن الفريق العلمي من تجاوز سلسلة من العقبات التقنية بما في ذلك تحضير التمديدات المادية، التصميم المستقل للرقاقة، التحقق من صحة العمليات المتكاملة، واختبار موثوقية المنتج.
أوضح فريق الأبحاث الأساسي أن عملية التطوير استغرقت عامين، ونجحوا خلالها في التغلب على التقنيات الأساسية الرئيسية لمادة الجيل الثالث من أشباه الموصلات – نيتريد الغاليوم على السيليكون.
كما قام المعهد الخامس والخمسون وشركة Nanjing Guobo Electronics Co., Ltd. التابعة له ببناء أول خط إنتاج في الصين لشرائح الترددات الراديوية من نيتريد الغاليوم على السيليكون منخفضة الجهد بقطر 6 بوصات، مما أرسى أساسًا متينًا للقدرة الإنتاجية للتصنيع واسع النطاق. وقد حصلت نتائج هذه الرقاقة على جائزة "أهم عشرة تطورات علمية وتكنولوجية في مجال الإلكترونيات بمقاطعة جيانغسو لعام 2026".
شريحة "متعددة المواهب" تجمع بين الحجم الصغير والتكلفة المنخفضة والأداء العالي
بالمقارنة مع شرائح الترددات الراديوية التقليدية من زرنيخيد الغاليوم، تحقق شرائح نيتريد الغاليوم على السيليكون قفزة هائلة في الأداء، مع مساحة أصغر وتكلفة أقل.
تتميز هذه السلسلة من الشرائح بأداء بارز يجمع بين القدرة العالية، الكفاءة العالية، النطاق الترددي فائق الاتساع، والموثوقية العالية، مما يمكنها من تلبية المتطلبات التقنية الصارمة لأنظمة الاتصالات الفضائية-الأرضية-الجوية المتكاملة لمضخمات القدرة للترددات الراديوية من حيث الكفاءة العالية والخطية العالية. في الوقت نفسه، نجح الفريق في تطوير سلسلة من المنتجات المناسبة لسيناريوهات متعددة، تشمل أنظمة الاتصالات الفرعية للحمل الفضائي، المحطات الطرفية للاتصالات ووحدات نقل البيانات للمنصات المنخفضة الارتفاع، المحطات الأرضية للبوابات، وشرائح الترددات الراديوية للأجهزة الذكية.
من الهواتف المحمولة إلى الأقمار الصناعية، "رقاقة" تربط الفضاء والأرض والجو
في مجال الأجهزة الذكية، تم دمج هذه الشريحة في أجهزة استهلاكية مثل الهواتف المحمولة، مما أدى إلى حل فعال لمشاكل ضعف الإشارة وانقطاع الاتصال في السيناريوهات المعقدة مثل المباني الشاهقة ومترو الأنفاق والمناطق النائية، مما يجعل "الاتصال الدائم في كل مكان وزمان" أمرًا ممكنًا.
في مجال الفضاء الأوسع، ومع التطور المتسارع للفضاء التجاري والاقتصاد المنخفض الارتفاع وأبحاث الجيل السادس (6G) وصناعة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في الصين، يشهد الطلب على شرائح الترددات الراديوية منخفضة التكلفة وعالية الأداء نموًا هائلاً. تُعد شبكة المعلومات المتكاملة للفضاء والجو والأرض العمود الفقري الأساسي لدعم اتصالات الجيل السادس والفضاء التجاري والاقتصاد المنخفض الارتفاع والاتصالات الطارئة في المستقبل. يوفر الإنتاج الضخم لهذه الشريحة دعمًا ماديًا حاسمًا لهذه الرؤية الطموحة.
كشف مسؤول الفريق المعني أن الخطوة التالية ستكون إطلاق شرائح ترددات راديوية من نيتريد الغاليوم على السيليكون تستخدم في أنظمة الاتصالات الفرعية للحمل الفضائي والمنصات المنخفضة الارتفاع والمحطات الطرفية الفضائية، مما سيؤدي إلى انخفاض كبير في تكلفة المنصات المنخفضة الارتفاع والمحطات الطرفية المحمولة المتصلة مباشرة بالأقمار الصناعية.
كسر احتكار دام عقودًا في الخارج، وتحقيق "تجاوز المسار التقليدي"
يمثل هذا قفزة تاريخية لشرائح الترددات الراديوية المحلية.
على مدى العقود الماضية، احتكرت الشركات المصنعة الأجنبية مجال نيتريد الغاليوم للترددات الراديوية لفترة طويلة. إن التسويق التجاري واسع النطاق لشرائح نيتريد الغاليوم على السيليكون في الأجهزة الذكية قد حل بشكل فعال مشكلة التصنيع الصناعي لشرائح الترددات الراديوية عالية الجودة، مما يمثل تحولًا حقيقيًا لشرائح الترددات الراديوية للأجهزة الذكية المحلية من مجرد ملاحقة العلامات التجارية الدولية في الماضي إلى تحقيق "تجاوز المسار التقليدي" اليوم.
مع تقدم مشروع التوسعة لإنتاج 720 ألف شريحة سنويًا من نيتريد الغاليوم على السيليكون بقطر 8 بوصات، سيتم إطلاق المزيد من القدرة الإنتاجية لشرائح نيتريد الغاليوم على السيليكون المحلية، مما يوفر دعمًا ماديًا قويًا ومستمرًا للتغطية الشاملة والاتصال عالي السرعة لشبكة المعلومات المتكاملة للفضاء والجو والأرض.