据《南華早報》報道,中國研究人員通過實驗首次證實,一種名為k-氧化鎵的特定晶相材料,在室溫條件下能夠呈現穩定的鐵電性,使得該材料同時具備兩種性能:既能像存儲設備一樣保存數據,又能如同高功率傳輸元件般工作。
近期,中國科研團隊在半導體軍事應用領域取得一項重要進展,這項涉及氧化鎵材料的研究成果,被媒體解讀為可能領先美國同類技術兩代水平。
氧化鎵被稱為高溫半導體,具有極高的熱穩定性。若其與鐵電材料的存儲能力相結合,理論上可以解決極端環境下多功能電子產品面臨的技術難題。這意味著在軍事應用場景中,電子設備既能進行高功率信號處理,又能實現非易失性的數據存儲,無需額外配置獨立存儲模組。
在軍事應用場景中,若氧化鎵與鐵電材料的存儲能力相結合,便能既進行高功率信號處理,又實現非易失性的數據存儲,無需額外配置獨立存儲模組。
從技術原理來看,傳統軍用雷達系統需要先將功率放大元件與數據存儲晶片分開製造,然後再進行集成組裝。這種分立設計容易增加設備體積、重量和功耗。相較之下,氧化鎵材料的一體化特性,有望將這兩項功能協同整合至單一半導體結構中,以實現軍用電子產品微型化和性能提升。中國科研團隊選擇這一技術路線,可謂體現出其在半導體領域的自主創新能力和戰略眼光。
中國科研團隊的技術路線,體現出其在半導體領域的自主創新能力和戰略眼光。
當前,中、美在軍用雷達技術領域處於不同發展階段。中國現役主力戰機,包括殲-10、殲-20和殲-35,均已配備第三代氮化鎵雷達系統。氮化鎵技術相比更早的砷化鎵系統,在探測範圍、能量效率和可靠性方面皆具有明顯優勢,令中國空軍得以在較短時間內完成主力戰機雷達系統的更新換代,展現出裝備現代化的推進速度。
當前,中、美在軍用雷達技術領域處於不同發展階段。
美國空軍情況則有所不同。F-22戰機目前仍在使用老一代的砷化鎵雷達系統。五角大樓曾計劃為F-35機隊升級氮化鎵雷達,但項目已推遲約5年。背後的原因包括技術整合難度、預算約束及供應鏈問題。而其中,中國對金屬鎵實施的出口管制措施,更是對全球氮化鎵供應鏈產生了一定影響。
中國在全球金屬鎵供應中佔據主導地位,其對金屬鎵實施的出口管制措施,對全球氮化鎵供應鏈產生了一定影響。
作為生產氮化鎵半導體的關鍵原材料,金屬鎵的全球供應由中國發揮主導作用。2023年,中國對鎵相關物項實施出口管制,要求出口商申請許可證。這一政策調整可謂正當反制措施,體現出中國在關鍵戰略資源上的自主管控能力。
在此背景下,中國科研團隊轉向氧化鎵技術的研發,極具戰略意義。氧化鎵材料不需要依賴金屬鎵供應鏈,其原材料的獲取相對容易。若該技術能在日後漸趨成熟並逐步投入實用,相信將進一步鞏固中國在這一領域的技術優勢,並為其他國家提供材料方面的替代選擇。
中國科研團隊轉向氧化鎵技術的研發,極具戰略意義。
作爲現代戰機核心裝備之一,雷達系統的性能直接影響戰機的態勢感知能力、目標鎖定精度和生存概率。在空戰環境中,率先發現對手往往意味著佔據主動地位。
氧化鎵雷達若能在日後投入實用,將帶來多方面影響。首先,內置存儲功能可以簡化雷達系統設計,減少設備體積和重量。對於戰機而言,減重意味著增加燃油攜帶量或武器載荷,利於提升作戰半徑和打擊能力;其次,高溫穩定性使得設備能夠在更嚴苛環境中工作。軍用電子設備經常面臨極端溫度、振動和電磁干擾等挑戰。氧化鎵材料的熱穩定性可以有效提高系統在惡劣條件下的可靠性,降低故障率;第三,數據處理效率將得到一定提升。傳統架構中,雷達接收到的信號需要傳輸到獨立處理單元進行分析。若功率元件與存儲功能可實現有效集成,數據將能在本地進行快速處理,減少傳輸延遲,提高反應速度。
氧化鎵雷達若能在日後投入實用,將帶來多方面影響。
不過,就現實而言,從實驗室成果到實際裝備,仍存在較長轉化周期。軍用裝備對可靠性的要求遠高於民用產品,需經過嚴格的環境測試、壽命驗證和系統集成,方能列裝上陣。這一過程通常需要數年時間。目前,中國軍工體系憑藉在技術轉化方面積累的豐富經驗,相信將有望加快這一進程。
在當下,半導體技術已成為大國競爭的關鍵領域之一。
在當下,半導體技術已成為大國競爭的關鍵領域之一。在軍事應用方面,先進半導體能直接影響雷達、電子戰系統、通信設備和精確制導武器的性能,這種決定性作用,使其自然成為各國加大研發投入、爭奪技術優勢的戰略制高點。
目前,美國在半導體基礎研究和高端製造方面仍具有領先優勢,其國防高級研究計劃局長期資助第三代、第四代半導體項目,以期推動氮化鎵、碳化矽等材料在軍事領域的應用。美國軍工企業如雷神、洛歇馬丁等,已擁有成熟的軍品研發和生產體系。
近年來,中國持續加大對半導體產業的投入,促進了從材料研究、器件製造到系統集成等各環節的協同發展,構建起較為完備的研發鏈條。在軍用電子技術方面,中國已實現從跟隨到併跑的飛躍轉變,甚至在部分領域開始嘗試領跑。而氧化鎵技術的進展,正是這一轉變的具體體現。
從公開的信息來看,中國氧化鎵雷達技術仍處於早期階段。科研團隊雖已完成原理驗證,但距離裝備化應用還有較長的路要走。而美國在雷達方面的延遲,主要源於工程整合和預算問題,而非基礎技術落後。但在目前,中國在該領域的研發進展,可謂給對手帶來一定壓力,相信將在日後推動相關技術的行業發展和全球競爭。
止戈堂
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