Sverige är bland de främsta länderna i världen när det gäller forskning om nya halvledare, metoder och material. Det trodde du inte?

Nyckelordet är Myfab, en svensk organisation vid universiteten i Uppsala, Stockholm, Lund och Göteborg där både studenter och industri kan jobba tillsammans i en högkvalitativ miljö och lära av varandra, samtidigt som industrin kan utveckla nya produkter. Det handlar inte om serieproduktion av processorer med miljoners miljarders transistorer, det handlar om nyutveckling av nanostrukturer, högtemperaturelektronik, infraröda sensorer, medicinsk elektronik och liknande.

Högkvalitativa labb som alltid fungerar

Sverige är ingalunda ensamt om att forska på nya halvledarprodukter. Många andra länder i Europa gör det. Problemet är att skaffa och driva ett eller flera halvledarlaboratorier med tillräcklig kapacitet med tillräckligt många olika typer av maskiner, som kan användas av både studenter och industri, och se till att industrin vill använda dem, genom att hålla driftsäkerheten i topp.

Det är ingen vinst med ett laboratorium där maskinerna är mera trasiga än hela och mera tid får användas att undersöka processer som blev fel, än att driva utvecklingen vidare.

Där sticker de svenska universiteten ut. Myfab-samarbetet är unikt i Europa genom att man kan garantera att alla maskiner och processer alltid fungerar. Då kan studenterna ägna sig åt forskning och inte felsökning. Det viktiga är att alla experiment alltid ger förutsägbara resultat. Det är sådant som den betalande industrin tycker om.

Läs mer i min artikel på http://www.myfab.se/News/AllNews/tabid/69/itemId/164/Default.aspx

Nyttan för samhället

Vad kan halvledarforskning göra för nytta för det svenska samhället? Är det inte bara dyr experimentverksamhet som bedrivs i extremt dyra miljöer på några universitet, som betalas med skattepengar?

Definitivt inte. Forskningen betalas både av forskningsstiftelser och av de företag som delar renrummen med doktoranderna. Den svenska forskningen bevisar gång på gång att Sverige är både ett föredöme för andra länders forskning och att vi producerar civilingenjörer som är mycket eftertraktade i världen.

Samarbetet mellan universiteten i Uppsala, Stockholm, Göteborg och Lund har smittat av sig i Europa och resulterat i ett sameuropeiskt nätverk för halvledarforskning, kallat EuroNanoLab.

Myfab erbjuder öppen tillgång till en forskningsinfrastruktur i världsklass för svenska forskare och innovatörer. De pengar som kommer in varje år till Myfab-laboratorierna i Göteborg, Lund, Stockholm och Uppsala återgår som en vinst i direkt samhällsnytta i form av:

• konkurrenskraft
• samhällsbyggnad
• sysselsättning
• och inte minst som stöd till och samverkan med svensk högteknologisk industri.

Sverige måste upprätthålla sin position som ett av världens främsta teknikländer. Ett sätt är att framställa unika halvledare, som Myfab gör.

Läs mer i min artikel på http://www.myfab.se/News/AllNews/tabid/69/itemId/168/Default.aspx

Kiselkarbid

När halvledare blir för varma brukar de sluta fungera, så stora kylfläktar behövs för att kyla varma komponenter. Men med nya material försvinner kylbehovet. Det kommer bland annat att behövas vid KTH:s planerade färd till Venus, där är atmosfären 460 grader varm.

Glödande halvledare

Kylning av kraftelektronik i små utrymmen är alltid besvärligt. Kommer förlusteffekterna upp i flera hundra kilowatt är det tekniskt svårt. Är hela miljön flera hundra grader varm är det i princip omöjligt. Då måste halvledarna kunna arbeta normalt fast de glöder rött.

Det är just vad det nya materialet kiselkarbid kan göra. Det fungerar bra för datainsamling inuti heta gasturbiner, i miniatyriserade drivenheter för ellok, eller på planeten Venus, där ingen kylning är möjlig i den 460 grader heta atmosfären.

Läs mer om forskningen i min artikel på https://techworld.idg.se/2.2524/1.563041/kretsar-som-tal-500-grader

Spinntronik

Spinntroniken är den nya elektroniken. Det icke-flyktiga primärminnet är en gammal önskedröm. Det fanns i de första datorerna, men försvann sedan i och med de dynamiska halvledarminnena som är mycket snabbare och drar mycket mindre ström. Härnäst är det mobiltelefonerna och de trådlösa näten som står inför en upprustning i mikrometerstorlek.

Sputterkammare, på Electrumlab

Varför tar det sådan tid att starta en dator? När en modern dator varit avstängd måste all programvara laddas in från hårddisk, vilket kan ta avsevärd tid. Förr fanns inte det problemet för att alla datorer hade icke-flyktigt minne. Det är på väg tillbaka, med MRAM-minnena.

Både mobiltelefoner, trådlösa nät, spektrumanalysatorer, krypterad hoppfrekvensradio och radar är tillämpningar som behöver kunna hoppa mellan olika frekvenser, snabbt. Idag löser man det med relativt långsamma metoder, men med spinntronik kan man enkelt skapa flera tusen oscillatorer som i princip ger tusen samtidiga radio- eller radarmottagare.

Betydelsen av detta kan bli bättre dopplerradar som ger tydligare väderradarbilder, och bättre stridsledning i en konflikt. För att inte tala om vad försvaret skulle tycka om en hoppfrekvensradio som kan hoppa runt på mikrovågsbanden utan begränsningar och snabbt söka av banden efter störande fienderadar.

Läs mer i min artikel på https://techworld.idg.se/2.2524/1.532777/nytt-spinn-pa-gammal-drom

Att landa på Venus

Svenska forskare vill försöka landa en farkost på den ogästvänliga planeten Venus. Det gäller att designa den stryktålig, temperaturtålig och inte särskilt dyr. Landa på Venus, går det med dagens elektronik, som slutar fungera vid 70 grader? Atmosfären är ju 460 grader och trycket 90 bar! Sovjet gjorde det redan 1972. Sonderna ”hade med sig” kyla för att kunna fungera, men svettades ihjäl efter 20 minuter.

Spaceship-on-a-chip, specialdesignad elektronik för venuslandare a la kakelplatta

Helst vill man ha en landare som fungerar ett helt venusdygn, för att kunna förstå alla förhållanden på planeten. Ett venusdygn är 243 jorddygn så all kylning är omöjlig. Med halvledare, kameror, kraftaggregat och radiosändare i kiselkarbid är det inget problem. Streta inte emot, släpp in den heta atmosfären!

Forskargruppen Safa Night Hacking Team funderade ut en landningsfarkost som kunde klara de hårda förhållandena och leva längre än 243 dygn, plus 10–12 års hylliv för att klara överfarten från Jorden.

Läs följande artiklar för att se hur en landning skulle gå till, hur landarfarkosten skulle vara konstruerad och hur elektroniken skulle vara uppbyggd, enligt principen Spaceship-on-a-chip, i stort sett uppbyggd på en kakelplatta, som tål att glöda.

https://techworld.idg.se/2.2524/1.565656/spaceship-on-a-chip-del-1-mot-venus
https://techworld.idg.se/2.2524/1.583033/spaceship-on-a-chip-del-2-landning-pa-venus
https://techworld.idg.se/2.2524/1.583038/spaceship-on-a-chip-del-3-venus-ar-var

Vad ska vi med värdelösa grejor som transistorer, radar, överljudsflygplan, Internet och sånt till? Vi kan lika gärna bo i skogen och odla morötter och sanningen är att det finns många människor som fortfarande bor i skogen och odlar morötter. Men så fort mobiltelefonen gör sitt intåg i de allra fattigaste provinser, upptäcker man nya möjligheter, nya genier och nya tillämpningar, såväl som nya sätt att föra ut sjukvård och analysera omvärlden, som ingen tänkt på tidigare.

Och landa på Venus. Det finns ingenting en KTH-student inte kan göra om den lägger manken till!

Och vad tycker Christer Fuglesang om det?

Christer Fuglesang är inte bara astronaut, han är professor på KTH också. Han är dessutom föreståndare för KTH Rymdcenter. Hans huvudsakliga forskningsämne är partikelfysik och det har han utvecklat på CERN, där han blivit Senior Fellow.

Bild: Audrone Vodzinskaite-Städje

I artikeln berättar han om KTH:s rymdprogram, där studenterna får genomföra diverse olika projekt som att bygga satelliter som ska mäta rymdvädret, mäta strålningen från gammablixtar som uppstår när en stjärna kollapsar och blir till ett svart hål, hitta nya användningsområden för radarstationerna EISCAT, nämligen att leta rymdskrot, skicka upp raketer från Esrange och, som redan nämnt, utveckla elektronik som kan fungera på planeten Venus.

https://techworld.idg.se/2.2524/1.560556/fuglesang-visar-vagen

En praktisk tillämpning: Gasturbiner

Men mera jordiskt, vad ska man ha högtemperaturelektronik till?

Gasturbiner är effektiva energialstrare och väldigt användbara som reservkraft i det svenska kraftnätet, eller för olika industrier (järnverk, kärnkraftverk) som bara inte får stå stilla. De heta avgaserna kan dessutom användas till att värma fjärrvärmenätet. Resultatet kan bli ett kombinationskraftverk med mycket hög verkningsgrad.

Gasturbinerna har bara ett problem: de är 400 grader varma inuti, på det ställe där elektroniken för datainsamling sitter. Man måste kunna samla in mätdata från en arbetande gasturbin för att kunna förutse kommande problem, som vibrationer och lagerhaverier.

Skulle en turbin på 38 megawatt haverera, blir det en stor, och framför allt dyrbar smäll. Då är det bättre att kunna mäta sig till problemen och göra förebyggande underhåll.

Artikeln berättar om ett besök hos Siemens Industrial Turbomachinery i Finspång, hur de utvecklar gasturbiner och framför allt, hur de använder elektronik i kiselkarbid för att mäta upp olika parametrar i turbinen, och sända ut dem från en rotor som roterar i 9000 varv/minut och utsätter elektroniken för 20.000 G, ungefär samma acceleration som en projektil som skjuts ur en kanon.

https://techworld.idg.se/2.2524/1.663941/gasturbinen-hisnande-ingenjorskonst

Men är inte Intel störst och bäst?

Inte görs det väl några mikroprocessorer i Sverige? Kom ihåg att rubriken var ”halvledarforskning” inte ”masstillverkning”.

Intel är oslagbart när det gäller att spruta ut miljontals processorer med miljarder transistorer i, men de ägnar sig inte åt forskning på sina fabriker, utan åt massproduktion av färdigforskade produkter, med fastlagda metoder.

Artikeln berättar om ett besök på Intels fabrik Fab245 på Irland, hur en halvledarfabrik är uppbyggd med renrum, luftfilter och filter som skrubbar bort föroreningar ur luften innan den lämnar fabriken. Dessutom berättas om specialiteter för driften som små tåg som transporterar kiselbrickor, problemen med koppar som ledare på kisel och en beskrivning av steppern, en maskin som ritar upp mönstret på kiselbrickan med nanometernoggrannhet.

Eftersom Intel är så hemligt av sig är många av bilderna i denna artikel inte från Irland utan från Electrumalab i Kista. Myfab är framme igen. Men principerna och maskineriet är desamma.

https://www.idg.se/2.1085/1.383976/intel-fab-24–ett-rent-monster

Allt kul kommer inte från Kalifornien!