F-22 пора в музей? Китай создает радары, которые на два поколения опережают западные

Исследователи из Пекинского университета сообщили о новой форме оксида галлия Ga₂O₃, которая может открыть путь к следующему поколению полупроводников. В перспективе такая разработка подойдет для очень мощной и компактной радиолокационной электроники, включая системы для малозаметных самолетов и истребителей.

Сегодня большинство радаров опирается на полупроводники вроде арсенида галлия и нитрида галлия. Современные боевые самолеты обычно используют радары с активной электронной фазированной решеткой AESA, которые состоят из тысяч небольших приемопередающих модулей. Каждый такой модуль генерирует микроволновой сигнал и напрямую влияет на дальность обнаружения, энергетическую эффективность и устойчивость системы к помехам.

Арсенид галлия относится к более раннему поколению таких решений и применялся, например, в первых версиях F-22 Raptor. Нитрид галлия считают следующим этапом развития AESA. Такой материал дает более высокую мощность, лучшую эффективность, меньший расход энергии и, как следствие, увеличенную дальность работы радара. Именно поэтому военные по всему миру стараются как можно быстрее перейти на GaN.

Теперь китайские исследователи предлагают смотреть еще дальше. По их оценке, оксид галлия может стать основой уже для третьего поколения AESA-систем. Руководитель работы У Чжэньпин в комментарии для South China Morning Post объяснил, что сочетание высокой термостойкости оксида галлия с возможностями сегнетоэлектрических материалов помогает решить одну из ключевых задач многофункциональной электроники для экстремальных условий: совместить мощную обработку сигналов и энергонезависимое хранение данных в одной архитектуре.

Речь пока идет об экспериментальной работе, а не о готовом военном изделии. Главный интерес исследователей связан с новой кристаллической формой материала, которую называют каппа-оксидом галлия. По данным авторов, кристалл демонстрирует сегнетоэлектрические свойства, причем сохраняет стабильность и в обычной среде, и в более жестких условиях с минимальными потерями характеристик.

Сегнетоэлектрические материалы умеют хранить данные без постоянного питания, по принципу, близкому к флеш-памяти. Если совместить такую способность с радиочастотной электроникой, один чип сможет не только передавать радарный сигнал, но и хранить информацию, а также обрабатывать ее прямо на месте. Сейчас для такого набора задач обычно требуется несколько отдельных микросхем.

Потенциальная выгода выглядит заметной: более компактная электроника, более высокая скорость обработки сигнала, меньше уязвимых точек отказа и лучшая энергоэффективность. У Чжэньпин отдельно подчеркнул, что внедрение сегнетоэлектрических свойств в фотодетекторы на основе оксида галлия может заметно повысить их эффективность и создать прочную материальную базу для следующего поколения малошумящих и высокочувствительных фотонных систем.

Разработка интересна не только с точки зрения физики материалов, но и в более широком промышленном контексте. Китай обладает очень крупной долей мировых запасов галлия, а также уже ввел экспортный контроль на стратегически важные полупроводниковые материалы, включая галлий и германий. На таком фоне исследования в области новых галлиевых соединений дают Пекину не только научный результат, но и вполне практическое преимущество в гонке за будущую радиолокационную электронику.