Najbrža mreža, najbrži prijenos podataka, najbrži čip, najbrži… Kao brzinom munje smjenjuju se vijesti o postignućima kojima telekomi i razne IT kompanije mame klijente da im što brže “poklone novac”. Znanstvenici i istraživači Laboratorija za mikro i nano elektroniku (MiNEL) zagrebačkog Fakulteta elektrotehnike i računarstva (FER) s druge su strane, skromno, ako i uopće, proslavili svoj uspjeh: Razvili su najbrži tranzistor na svijetu. Uz upozorenje da budemo točniji kako bi se izbjegao i najmanji senzacionalizam, kažu: Imamo najbrži čisti silicijski bipolarni tranzistor. Globalno. Riječ je o, objašnjava nam voditelj MiNEL-a prof. dr. Tomislav Suligoj, bipolarnom tranzistoru s horizontalnim tokom struje (engl. Horizontal Current Bipolar Transistor – HCBT), kakvi se danas koriste u zahtjevnijim analognim sklopovima, za optičke i bežične komunikacije, izvore napajanja, operacijska pojačala, drivere za diskove i ekrane.

Tim koji je radio na projektu – Marko Koričić, Josip Žilak, Željko Osrečki i Filip Bogdanović ukazao je na mogućnost da cijena proizvodnje navedenih sklopova, odnosno čipova, bude znatno jeftinija. U uvjetima nestašice i sve skupljih poluvodiča i elektroničkih komponenti na osnovu kojih se danas tehnološki vrti svijet, to zvuči spektakularno. Suligoj nam mirno objašnjava o čemu se radi:

”HCBT je trenutačno implementiran u čistom siliciju što implicira jednostavniji proces proizvodnje tj. jeftiniju tehnologiju. Ima frekvenciju jediničnog strujnog pojačanja od 51 GHz (gigaherc), maksimalnu frekvenciju osciliranja od 61 GHz uz probojni napon (kolektor-emiter) od 3,4 V (volta)”, govori. Sam tranzistor je, inače, prilično sićušan – veličine 1 mikrometra (μm), s aktivnim dijelom od 50 nanometara (nm).

Foto: Željko Hladika/PIXSELL

Takvi tranzistori sastavljeni su od kolektora, baze i emitera – kolektor i baza su u silicijskoj podlozi, a kod HCBT-a baza je na boku silicijskog brijega. Ideja stručnjaka MiNEL-a je bila na tom boku složiti optimalni profil primjesa u intrinzičnom području tranzistora koji dotad još nije bio viđen. Zahvaljujući tome struja tranzistorom ne teče okomito, već vodoravno, tj. horizontalno. ”Koncept horizontalnog toka struje znači da se jednostavnije može manipulirati pojedinim tranzistorskim područjima. Sklopovi na različitim naponima na istom čipu daju dodatnu fleksibilnost tehnologije i omogućavaju dodatnu optimizaciju sklopova ili realizaciju sklopova s različitim funkcijama u istoj tehnologiji. To bi moglo značiti da bi se neki elektronički sustav koji se danas realizira s različitim čipovima mogao napraviti na jednom i tako smanjiti trošak cijelog sustava i poboljšati mu performanse”, opisuje profesor.U HCBT-u se, napominje, mogu realizirati svi sklopovi kao i u ostalim silicijskim bipolarnim tehnologijama, ali uz nižu cijenu proizvodnje, veću mogućnost integracije s drugim funkcijama, potencijalno bolju efikasnost ili manju potrošnju.

Kad govorimo o tranzistorima i poluvodičima, glavna im je primjena u IT industriji, tj. izradi sklopova za računala i sve elektronički pokretane uređaje.

Trenutačno smo uglavnom usredotočeni na projektiranje radio-frekvencijskih sklopova s primjenom u komunikacijskim uređajima poput mobitela, baznih stanica, daljinskih upravljača i navigacijskih uređaja u kojima se može iskoristiti brzina rada HCBT-a, ali njihov tržišni potencijal je jako velik”, kažu u MiNEL-u. No, priznaju da je teško predvidjeti gdje bi bio najprikladniji, uzevši u obzir sve tehničke i ekonomske aspekte.

Moglo bi se dodati – i političkima, imajući na umu da su pojedine članice, pa i sama EU, osvjestile potrebu za razvojem tehnologija poluvodiča na svom tlu, što bi pokrenulo i lokalnu proizvodnju. MiNEL je inovaciju zaštitio s više od 20 patenata, vjeruju li da ima snage da je se komercijalizira u Hrvatskoj?

Kritični know-how

”Za proizvodnju HCBT-a treba implementirati razvijeni tehnološki proces u vrlo složenu i skupu proizvodnu liniju poluvodičkih komponenata koja je najčešće bazirana na CMOS procesu. Takve proizvodne linije ili tvornice u Hrvatskoj nema, jedini način bi bio da je se sagradi. Koliko se god to čini primamljivo, to je vrlo teško ostvariti u kraćem roku ne samo zbog vrlo visoke cijene, nego i zbog poznavanja tehnologije, tj. postojanja kritičnog know-howa i cijelog okuženja za takvu sofisticiranu proizvodnju. No, uz tehnologiju, u lancu razvoja čipova postoji i niz popratnih aktivnosti jednako važnih za konačni produkt (projektiranje novih elemenata i sklopova, razvoj njihovih računalnih modela, analiza rezultata, pakiranje čipova u kućišta, zahtjevna mjerenja i testiranja…) Nadamo se da će se Hrvatska u ovom trenutku uključiti u unapređenje i razvoj europske poluvodičke tehnologije u nekoj od tih aktivnosti, za što nije nužno da ima i tehnologiju, nego se samo procesiranje može obaviti negdje drugdje”, poručuje Suligoj.

Foto: Željko Hladika/PIXSELL

Stoga je i njemu izvjesnije da se za zagrebačkim HCBT-om “pomame” inozemne kompanije, a ti igrači nisu “lakši” od desetaka milijardi dolara.

”Realnija je implementacija i eventualno licenciranje naše tehnologije u neku postojeću tvornicu poluvodičkih komponenata. Taj postupak je vrlo težak i zahtjevan, odnosi se na najosjetljiviji dio svakog proizvođača, a to je tehnologija samih tranzistora. Razvoj takvih procesa se planira godinama unaprijed i teško se kompanijama odlučiti za tehnologiju baziranu na bitno drugačijem konceptu, koji uz prednosti neminovno donosi i dodatni rizik. Postoje intenzivni kontakti s različitim kompanijama, ali potrebni su i mnogi drugi faktori uz prezentaciju inovativne tehnologije, počevši od pouzdanosti i kontrole tehnološkog procesa na skali masovne proizvodnje pa do pitanja intelektualnog vlasništva, istraživanja tržišta i ostalog što nije naša primarna ekspertiza”, zaključuje voditelj FER-ova Laboratorija za mikro i nano elektroniku Tomislav Suligoj.

Suradnja s CERN-om

”U suradnji s CERN-om radimo na vrlo osjetljivim i preciznim detektorima čestica, na optimiranju strukture poluvodičkog detektora i projektiranju sklopova za očitavanje signala s tih detektora koji moraju biti jako osjetljivi, brzi i precizni, ali i otporni na zračenje tijekom sudara čestica pri brzinama vrlo bliskima brzini svjetlosti u CERN-ovim detektorima. Radimo i na silicijskim detektorima sa slojem amorfnog bora koji pokazuju rekordnu osjetljivost na ultraljubičasto zračenje i niskoenergijske elektrone te su atraktivni za upotrebu u različitim industrijskim i fizikalnim instrumentima”, kažu.

Bave se i modeliranjem i simulacijama novijih poluvodičkih materijala i elemenata kao što su tranzistori s visokom pokretljivošću elektrona na bazi galij-nitrida ili MOS tranzistori na bazi galij-arsenida.

Dio grupe radi i na modeliranju svojstava dvodimenzionalnih materijala – grafen, fosforen i slični. U MiNEL-u su osim onih u tekstu i slici i Dubravko Babić, Mirko Poljak, Tihomir Knežević, Borna Požar, Mislav Matić, Lovro Marković, Ivan Berdalović, Filip Bogdanović i Jyotiska Bharadwaj.