Το έργο “ΡΑΝΤΑΡ” διεξάγει ΕΡΕΥΝΑ στο χώρο των παραμετροποιήσιμων «έξυπνων» μικροκυματικών πομποδεκτών νέας γενεάς συνδυάζοντας τη νανοτεχνολογία με μικρο/νανοηλεκτρονική και πρωτοπόρα 2D και 3D ετερογενή ολοκλήρωση, ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙ προϊόντα με αυξημένη λειτουργικότητα που εκτείνονται πέραν της τεχνολογίας αιχμής και ΚΑΙΝΟΤOΜΕΙ στην αγορά των πομποδεκτών εκμεταλλευόμενο μία “unique business window opportunity” για εφαρμογές από μελλοντικά ασύρματα δίκτυα 5G μέχρι τα επερχόμενα επίγεια και ιπτάμενα ραντάρ.
Αντικείμενο και Στόχοι έργου
Κοινωνικά κρίσιμες εφαρμογές όπως ασύρματες και δορυφορικές επικοινωνίες, επίγεια και ιπτάμενα ραντάρ, καλωδιακή τηλεόραση και «ευφυής» υποδομή των μεταφορών, επηρεάζουν σημαντικά την καθημερινότητά μας.
Όλες αυτές οι εφαρμογές βασίζονται στη χρήση πομποδεκτών (Π/Δ) που επιτρέπουν την εκπομπή/λήψη ηλεκτρομαγνητικών (Η/Μ) κυμάτων. Η τρέχουσα βιομηχανική τεχνολογία βασίζεται σε διατάξεις από GaAs που συνδέονται υβριδικά με κεραία μέσω συστήματος μεταγωγής (διακόπτης τύπου κυκλοφορητή (circulator)) τεχνολογία που όμως δεν μπορεί να ικανοποιήσει επερχόμενες εφαρμογές όπως 5G, IoT, autonomous vehicles, νέας γενεάς ραντάρ με «ενεργές κεραίες» (active phase antenna) που έχουν αναβαθμισμένες απαιτήσεις όπως μεγαλύτερη ισχύ, υψηλότερη συχνότητα λειτουργίας, μικρότερο ίχνος και όγκο, ενισχυμένηλειτουργικότητα και χαμηλότερο κόστος.
Η επικρατέστερη νέα τεχνολογία του GaN λόγω πληθώρας υπέρτερων ιδιοτήτων του υλικού όπως για παράδειγμα μεγαλύτερο ενεργειακό χάσμα, μεγαλύτερη πυκνότητα φορτίου και υψηλή θερμική αγωγιμότητα, που επιτρέπουν τη χρήση του σε εφαρμογές πολύ υψηλής πυκνότητας ισχύος και συνεπώς μικρότερης επιφάνειας κυκλωμάτων για ίδια επίδοση, μεγαλύτερη ταχύτητα κόρου ηλεκτρονίων που επιτρέπει την ενίσχυση σήματος σε υψηλότερες συχνότητες.
Επίσης, η τεχνολογία που θεωρείται η διάδοχος των διακοπτών τύπου κυκλοφορητή είναι οι υψήσυχνοι μικροηλεκτρομηχανικοί διακόπτες (RF MEMS) οι οποίοι σε μια τυπική συχνότητα λειτουργίας 10GHz υπερτερούν σε
- απώλειες εισόδου
- καλύτερη Η/Μ απομόνωση
- μικρότερο ίχνος και μικρότερη κατανάλωση ενέργειας.
Πέραν όμως της σμίκρυνσης του ίχνους με δισδιάστατη (2D) ολοκλήρωση, υπάρχει μεγάλη ανάγκη και για ταυτόχρονη αύξηση της λειτουργικότητας και αυτό δύναται να υλοποιηθεί μόνο με τρισδιάστατη (3D) ολοκλήρωση. Μικρότερες σε όγκο διατάξεις θα αντιμετωπίσουν προβλήματα λόγω αυξημένης εκλυόμενης θερμότητας.
Από την παραπάνω ανάλυση προκύπτει ότι η λύση για μελλοντικούς Π/Δ είναι η συνδυασμένη χρήση GaN και RF MEMS υποστηριζόμενη από πλατφόρμα απαγωγής θερμότητας.
Αντικείμενο της πρότασης «ΡΑΝΤΑΡ» είναι η δημιουργία μίας νέας τεχνολογικής προσέγγισης (ΤΠ) για τον σχεδιασμό, τη μοντελοποίηση και την ετερογενή ολοκλήρωση καινοτόμων Π/Δ ισχύος νέας γενεάς για ευρύ φάσμα συχνοτήτων και εφαρμογών.
Η ΤΠ θα βασίζεται σε μονολιθική 2D ολοκλήρωση GaN/SiC και GaN/Si MMICs με RF MEMS και αισθητήρες και 3D ετερογενή ολοκλήρωση τους με πλατφόρμα διαχείρισης θερμότητας. Η ΤΠ θα επιδειχθεί μέσω δύο καινοτόμων πρωτότυπων Π/Δ (1ο(GaN/SiC) θα λειτουργεί στη Χ-band (8-12 GHz) με ισχύ εξόδου 50W και το 2ο (GaN/Si) θα λειτουργεί στη Ka-band (26-40 GHz) με ισχύ εξόδου 30W με αντίστοιχη θερμική υποστήριξη.
Στόχοι του έργου είναι:
- Παραγωγή ημιαγωγικών επιταξιακών υμενίων από GaN σε υποστρώματα SiC και Si,
- Δημιουργία Ελληνικού εργαλείου σχεδίασης και προσομοίωσης για μονολιθικά μικροκυματικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (MMICs) από III-νιτρίδια βασισμένης στην τεχνολογία κατασκευής MMICs του ΙΤΕ,
- Βελτιστοποίηση της τεχνολογίας χωρητικών RF MEMS και της 2D μονολιθικής ολοκλήρωσης με GaN MMICs,
- Βελτιστοποίηση της τεχνολογίας ακουστικών αισθητήρων από III-Νιτρίδια και της 2D μονολιθικής ολοκλήρωσης με ΙΙΙ-νιτρίδια MMICs και RFMEMS,
- Παραγωγή νέων υλικών διεπαφής για απαγωγή θερμότητας με πολυμερικά υλικά εμπλουτισμένα με γραφένιο και νανοσωλήνες,
- Παραγωγή καινούργιων στοιχείων ψύξης απόθερμοηλεκτρικά υλικά,
- Δημιουργία πλατφόρμας διαχείρισης θερμότητας,
- Ανάπτυξη τεχνολογικού πρωτόκολλου 3D ετερογενούς ολοκλήρωσης MMICs, RF MEMS, αισθητήρων και θερμικής πλατφόρμας για τη κατασκευή καινοτόμων μικροκυματικών Π/Δ ισχύος,
- Δημιουργία Ελληνικής αλυσίδας αξίας για τη κατασκευή καινοτόμων μικροκυματικών Π/Δ ισχύος με απώτερη επιδίωξη τη κοινή ανάπτυξη τους μέσω και της νέας εθνικής υποδομής νανοτεχνολογίας INNOVATION EL,
- Επιμόρφωση και εξειδίκευση νέων επιστημόνων σε τεχνολογίες αιχμής,
- Δημιουργία οδικού χάρτη για την εμπορική εκμετάλλευση των νέων τεχνολογιών.
Μεθοδολογία Υλοποίησης του Έργου
Λόγω της τεχνολογικής καινοτομία και της πολυπλοκότητας του προτεινόμενου έργου, έχει επιλεγεί το «σπειροειδές μοντέλο ανάπτυξης συστημάτων ως η καταλληλότερη μεθοδολογία για την υλοποίηση του έργου.
Το μοντέλο αυτό βασίζεται στην επαναληπτική υλοποίηση των δραστηριοτήτων ορισμού απαιτήσεων, ανάλυσης, ανάπτυξης και επιβεβαίωσης των αναγκαίων λύσεων. Το έργο θα αναπτυχθεί σε τρεις κύριους ερευνητικούς άξονες (Προηγμένα νανο-υλικά, Beyond state of the art μικρο/νανοηλεκτρονικές και ψυκτικές διατάξεις, Νέα πρωτόκολλα ολοκλήρωσης 2D και 3D για μικροκυματικά υποσυστήματα) που θα υποστηριχθούν από τις ακόλουθες ερευνητικές δράσεις (Σχεδιασμός και Μοντελοποίηση, Σύνθεση υλικών, Κατασκευαστικές διαδικασίες, Χαρακτηρισμός ).
Η νέα τεχνολογική πλατφόρμα θα επιδειχθεί στη τελική φάση του έργου με την κατασκευή των δύο πρωτότυπων. Ενιαίο τμήμα της μεθοδολογίας του έργου θα αποτελέσουν η διάχυση των αποτελεσμάτων και η οργάνωση των δράσεων για την οικονομική αξιοποίηση τους αλλά και η συνεχής αξιολόγηση των αρχικών προδιαγραφών σε σχέση με τις εξελίξεις στο διεθνές γίγνεσθαι.
Αποτέλεσμα της μεθοδολογίας του έργου είναι και η οργάνωση του σε τέσσερεις στενά αλληλένδετες επιστημονικές/τεχνολογικές Ενότητες Εργασίας (ΕΕ). Όπου είναι απαραίτητο, οι ΕΕ εμπεριέχουν δράσεις για την αποτελεσματική διάχυση των αποτελεσμάτων του έργου και την συστηματοποίηση των ενεργειών που απαιτούνται για την οικονομική αξιοποίηση τους.