Supergekoelde radarchips beloven 40 % betere detectie van stealth‑vliegtuigen

In China zijn de prestaties van galliumnitride-(GaN) radarchips verbeterd met een geavanceerde superkoelingstechniek. Dit zou de prestatie van radarapparatuur met circa 40 % verhogen en is interessant voor satellietcommunicatie en mobiele netwerken.

Dit kan het detectiebereik en de signaalhandling verbeteren zonder de omvang van de hardware wezenlijk te vergroten.

Het team van de Xidian Universiteit beschreef zijn werk in het artikel High power density gallium nitride radio frequency transistors via enhanced nucleation in heteroepitaxy, dat is verschenen in het tijdschrift Nature Communications.

Galliumnitride-semiconductors worden al gebruikt in radar- en communicatiesystemen omdat ze bij hoge frequenties en spanningen kunnen functioneren. In praktijk wordt hun prestatie echter beperkt door hittemanagement in de actieve schakelingen: zodra een chip te warm wordt, moeten de vermogensniveaus omlaag om schade of degradatie te voorkomen.

Het thermisch knelpunt zit vaak in de zogenaamde bonding layer – de tussenlaag die verschillende materialen in de chip met elkaar verbindt. In conventionele productie groeit dit materiaal niet gelijkmatig, waardoor hitte zich ophoopt in lokale “eilanden” en de warmteafvoer beperkt wordt.

Gecontroleerde groei van tussenlagen

De onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om deze tussenlaag veel gelijkmatiger te laten groeien. Door de laag te optimaliseren op nanoschaal kan de thermische weerstand volgens hen met ongeveer een derde verminderd worden vergeleken met gangbare ontwerpen. Dit betekent dat de GaN‑chips hoger vermogen aankunnen en sneller warmte kunnen afvoeren, zonder dat de chip groter hoeft te worden.

In praktische radar-systemen vertaalt dit zich naar:

• sterkere uitgezonden signalen en betere ontvangst van zwakkere echo’s
• groter detectiebereik bijzelfde antennegrootte
• duidelijkere signaal-ruisverhoudingen en verbeterde doelidentificatie
• hogere prestatieniveaus bij hoge frequentiebanden zoals X- en Ka-banden, die essentieel zijn voor moderne militaire en communicatieradars

Betekenis voor stealth‑detectie

Stealth‑vliegtuigen zijn ontworpen om de teruggekaatste radarsignalen te minimaliseren, wat traditionele radars het moeilijk maakt om hen op afstand te detecteren. Door de hogere signaalsterkte en gevoeligheid van supergekoelde GaN‑radarchips kan dit effectieve detectiebereik toenemen zonder proportioneel zwaardere of grotere systemen te bouwen. In de praktijk zou een verbetering van 40 % in radarvermogen kunnen neerkomen op een vergelijkbare verhoging van de detectiekans van moeilijk te observeren doelen.

Toepassingen buiten radar

Hoewel het onderzoek sterk wordt geplaatst in de context van militaire radarapparatuur heeft de techniek ook implicaties voor civiele radars en draadloze communicatie. GaN‑chips worden namelijk ook ingezet in satellietcommunicatie en mobiele netwerken. Een meer efficiënt thermisch ontwerp kan daar de signaaldekking vergroten en het energieverbruik verminderen bij 5G- en toekomstige 6G-systemen.