نورثروب غرومان تزيح الستار عن شريحة FORTITUDE الدقيقة متعدّدة الطبقات من نيتريد الغاليوم بحجم حبة الأرز

كشفت شركة المقاولات الدفاعية نورثروب غرومان عن بنية جديدة للشرائح الدقيقة تُعرف باسم FORTITUDE، وتعتمد على تصميم متعدد الطبقات من نيتريد الغاليوم يحقق زيادة بمقدار ثلاثة أضعاف في قدرة الخرج إلى جانب تحسين جودة الإشارة بـ 20 ضعفاً، مع الحفاظ على حجم يماثل تقريباً حجم حبة أرز واحدة. ويُمثّل هذا التطور، الذي أورده المحلل التكنولوجي عامر خلام (Aamir Khollam) في 2 أكتوبر 2026، تقدماً ملحوظاً في هندسة أشباه الموصلات لتطبيقات الترددات الراديوية والإلكترونيات الدفاعية. ومن خلال تجميع طبقات نيتريد الغاليوم عمودياً ضمن مساحة فيزيائية مصغرة، يعالج التصميم المساومات الميكانيكية والكهربائية القديمة بين حجم المكونات وتبديد الحرارة ووضوح الإشارة في البيئات ذات الترددات العالية المتطلبة.

## حقائق رئيسية - صممت نورثروب غرومان الشريحة الدقيقة FORTITUDE باستخدام بنية متخصصة لأشباه الموصلات متعددة الطبقات من نيتريد الغاليوم (GaN). - صُنّعت الدائرة المتكاملة بحجم مدمج يماثل الحجم الفيزيائي لحبة أرز واحدة. - وفقاً لتقرير أورده عامر خلام، تنتج الشريحة قدرة خرج تزيد بثلاثة أضعاف عن المكونات القياسية للترددات الراديوية في فئتها. - أُفيد بأنه تم تسجيل جودة إشارة للوحدة أعلى بـ 20 ضعفاً مقارنة بتصاميم أشباه الموصلات السابقة. - تهدف هذه البنية إلى تعزيز أداء الترددات الراديوية للرادارات العسكرية والاتصالات وأجهزة الحرب الإلكترونية.

## ماذا حدث كشفت شركة نورثروب غرومان عن المعايير الفنية الأولية للأداء لشريحتها الدقيقة FORTITUDE، ما يمثل محطة جديدة في تصميم أشباه الموصلات المركبة. ووفقاً لتقرير عامر خلام، نجحت الشركة الدفاعية في تطبيق تخطيط متعدد الطبقات من نيتريد الغاليوم (GaN) على قالب شريحة تم تقليصه ليصل إلى حجم حبة الأرز.

تعتمد الدوائر المتكاملة التقليدية للترددات الراديوية (RF) عادةً على تخطيطات أشباه الموصلات المسطحة أحادية الطبقة. وفي التصاميم التقليدية، يتطلب زيادة قدرة الإرسال توسيع مساحة السطح الجانبي للشريحة أو زيادة التيار المار عبر المسارات الموصلة المسطحة. ومع ذلك، فإن دفع قدرة كهربائية أعلى عبر الهياكل المسطحة يؤدي سريعاً إلى تراكم حراري شديد، وفقدان في القدرة بسبب المقاومة، وتداخل كهرومغناطيسي يسبب تشوه دقة الإشارة.

ولتجاوز هذه القيود الفيزيائية، قامت نورثروب غرومان ببناء FORTITUDE باستخدام بنية معمارية ثلاثية الأبعاد متعددة الطبقات. ومن خلال تجميع طبقات أشباه الموصلات الوظيفية من نيتريد الغاليوم رأسياً، تقلل الشريحة بشكل كبير من الطول الفيزيائي للمسارات الموصلة الداخلية. وتعمل هذه البنية القليلة التوصيلات البينية على تقليل السعة الطفيلية والخسائر المقاومة مع الحفاظ على مسارات إشارة محكمة. والنتيجة الفنية التي أوردها خلام هي جهاز قادر على إخراج قدرة ترددات راديوية أكبر بثلاثة أضعاف مع تقليل الضوضاء والتشوه التوافقي في الوقت نفسه لتقديم زيادة بمقدار 20 ضعفاً في جودة الإشارة الإجمالية.

يتيح الحجم المصغر لشريحة FORTITUDE دمجها في تجميعات الأجهزة ذات المساحات المحدودة. وتتطلب حواضن الحرب الإلكترونية الحديثة، وحدات رادار المسح الإلكتروني النشط (AESA)، وأجهزة الراديو التكتيكية المحددة برمجياً شرائح ترددات راديوية أمامية يمكنها التعامل مع مستويات قدرة مرتفعة دون المساومة على الاستقرار الحراري أو شغل حجم داخلي حيوي. ويستفيد تصميم نورثروب غرومان من الخصائص الفيزيائية الأساسية لنيتريد الغاليوم — لا سيما مجال الانهيار الكهربائي العالي والحركية السريعة للإلكترونات — للحفاظ على مستويات الأداء هذه داخل قالب بمقياس المليمتر.

## لماذا يُعد هذا الأمر مهماً تحمل القدرات التشغيلية الموضحة لشريحة FORTITUDE آثاراً مهمة لترشيد الحجم والوزن والطاقة (SWaP) عبر التطبيقات العسكرية والفضائية واللاسلكية عالية الأداء. وفي الإلكترونيات الدفاعية الحديثة، تُعد المساحة الفيزيائية والطاقة الكهربائية المتاحة من القيود التشغيلية الأساسية. إن تحقيق زيادة بمقدار ثلاثة أضعاف في قدرة الخرج داخل عبوة بحجم حبة الأرز يغير بشكل مباشر الحسابات الأساسية لهندسة الأنظمة.

تتيح الزيادة بمقدار 3 أضعاف في قدرة الخرج لمرسلات الترددات الراديوية تمديد نطاقها التشغيلي، واختراق العوائق الجوية الكثيفة، أو التغلب على إشارات التشويش المعادية عالية القدرة دون الحاجة إلى مولدات كهربائية خارجية أكبر أو بنيات تحتية موسعة للتبريد السائل. وعلى المنصات ذات القيود الصارمة على الوزن والحجم — مثل الطائرات بدون طيار (UAVs)، ومجموعات الأقمار الصناعية، والذخائر الموجهة، والطائرات التكتيكية — فإن القدرة على استبدال تجميعات الترددات الراديوية الأكبر بشريحة دقيقة واحدة تفرغ حجماً داخلياً للوقود، أو المستشعرات الثانوية، أو الحمولة الفيزيائية الإضافية.

وفي الوقت نفسه، تؤدي الزيادة بمقدار 20 ضعفاً في جودة الإشارة إلى تحسين حساسية المستشعرات وميزانيات وصلات الاتصالات الآمنة بشكل مباشر. وتتيح النقاء العالي للإشارة لمستقبلات الترددات الراديوية استخراج تدفقات البيانات الضعيفة من البيئات الكهرومغناطيسية المليئة بالضوضاء. وفي سيناريوهات الحرب الإلكترونية، يقلل الإشارة الأكثر وضوحاً من التداخل الذاتي، ما يسمح للقوات الصديقة بالتشويش على اتصالات العدو أو قنوات الرادار دون تعطيل وصلاتها الراديوية الخاصة. وبالنسبة لأنظمة الرادار، فإن الوضوح الفائق للإشارة يحسّن التمييز بين الأهداف، ما يمكن أنظمة الدفاع من اكتشاف الأهداف ذات المقطع العرضي الراداري الأصغر، مثل الطائرات الشبحية أو الطائرات المسيرة الصغيرة، على مسافات أبعد.

وبعيداً عن التطبيقات الدفاعية، تضع التطورات في تصنيع نيتريد الغاليوم متعدد الطبقات معايير فنية مهمة للاتصالات السلكية واللاسلكية التجارية. ومع اندفاع البنية التحتية اللاسلكية عالية السعة نحو ترددات الموجات المليمترية — بما في ذلك شبكات الجيل السادس (6G) المتقدمة ومصفوفات النطاق العريض للأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض — فإن الطلب على مضخمات قدرة الترددات الراديوية المدمجة وعالية الكفاءة مع الحد الأدنى من تشوه الإشارة يتوافق بشكل متزايد مع المتطلبات الدفاعية.

## الخلفية يمثل اعتماد نيتريد الغاليوم في الإلكترونيات الدقيقة أحدث مرحلة في التطور الممتد لعقود من الزمن لمواد أشباه الموصلات المخصصة لإلكترونيات الطاقة عالية التردد. ولعدة عقود، شكل السيليكون (Si) أساس الإلكترونيات الحالة الصلبة. ومع ذلك، فإن فجوة النطاق الضيقة للسيليكون والتي تبلغ حوالي 1.1 إلكترون فولت تفرض قيوداً فيزيائية صارمة على الحد الأقصى لجهد التشغيل، والمقاومة الحرارية، وسرعات التبديل.

خلال ثمانينيات وتعينيات القرن الماضي، اتجهت قطاعات الدفاع والاتصالات بشكل متزايد إلى أرسينيد الغاليوم (GaAs) لتطبيقات الميكروويف عالية التردد. وعلى الرغم من أن أرسينيد الغاليوم قدم حركية إلكترونات متفوقة مقارنة بالسيليكون، إلا أنه يفتقر إلى القدرة على التعامل مع الجهد العالي والتوصيل الحراري، مما حد من فعاليته في أنظمة الرادار والمرسلات عالية القدرة.

شكل ظهور نيتريد الغاليوم في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين تحولاً تكنولوجياً رئيسياً. وبصفته مادة ذات فجوة نطاق واسعة وتبلغ فجوة الطاقة فيها حوالي 3.4 إلكترون فولت، يظهر نيتريد الغاليوم مجال انهيار كهربائي حرج أكبر بنحو عشر مرات من السيليكون، إلى جانب توصيل حراري أعلى بكثير. وتسمح هذه الخصائص للمادة لترانزستورات نيتريد الغاليوم بالعمل عند جهود إمداد أعلى بكثير، ودرجات حرارة أعلى، وترددات مرتفعة دون التعرض للانهيار. وقد استثمرت وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية الأمريكية (DARPA) والمختبرات البحثية العسكرية بكثافة في قدرات تصنيع نيتريد الغاليوم على مدى العقدين الماضيين لدعم الرادارات العسكرية الحديثة وأنظمة الحرب الإلكترونية.

تحافظ نورثروب غرومان على مرافق أبحاث وتصنيع واسعة للإلكترونيات الدقيقة داخلياً، حيث تنتج أشباه موصلات مركبة متخصصة للبرامج الدفاعية الرئيسية. وقد قامت الشركة بدمج الإلكترونيات الدقيقة من نيتريد الغاليوم في أنظمة مثل رادارات الجو-جو، ومستشعرات الدفاع الصاروخي، وحمولات اتصالات الأقمار الصناعية.

مع نضوج التصنيع الأساسي لنيتريد الغاليوم عبر صناعة أشباه الموصلات، اتجهت الأبحاث نحو التغليف المتقدم ثلاثي الأبعاد والتكامل متعدد الطبقات. ووصلت التصاميم المسطحة التقليدية لنيتريد الغاليوم إلى حدود فيزيائية فيما يتعلق بكثافة التخطيط والانتشار الحراري. ويتطلب بناء أجهزة نيتريد الغاليوم متعددة الطبقات حل تحديات هندسية معقدة للمواد، بما في ذلك مطابقة التمدد الحراري بين الطبقات المكدسة، والتصنيع الدقيق للتوصيلات البينية الراسية، والاستخراج الفعال للحرارة من الوصلات الداخلية المدمجة. وتجسد شريحة FORTITUDE هذا الانتقال من الأجهزة المسطحة أحادية الطبقة إلى البنيات المعقدة لتقنية أشباه الموصلات ثلاثية الأبعاد.

## ردود الفعل لم يتم الإعلان بعد عن بيانات رسمية من مكاتب المشتريات الدفاعية الأمريكية أو الفروع العسكرية أو المنافسين في القطاع بشأن إطلاق FORTITUDE عقب التقرير الأولي الذي أعده عامر خلام.

ويتوقع محللو القطاع أن تحظى المقاييس الفنية لشريحة FORTITUDE بدراسة ودراسة دقيقة من المبادرات الحكومية للإلكترونيات الدقيقة، مثل مجمع الإلكترونيات الدقيقة (Microelectronics Commons) التابع لوزارة الدفاع الأمريكية ومكتب تكنولوجيا الأنظمة الدقيقة التابع لوكالة DARPA. وتتابع هذه المنظمات التطورات في أشباه الموصلات المركبة لتقييم قدرات القاعدة الصناعية للدفاع الوطني ومرونة سلاسل التوريد.

ومن المرجح أن تقوم شركات المقاولات الرئيسية الكبرى في مجالات الطيران والدفاع والتي تتنافس في أسواق الترددات الراديوية والحرب الإلكترونية — بما في ذلك رايثيون (Raytheon)، ولوكهيد مارتن (Lockheed Martin)، وإل 3 هاريس تكنولوجيز (L3Harris Technologies) — بمراقبة التطور لتقييم كيفية تأثير بنية نيتريد الغاليوم متعددة الطبقات على عروض حمولة الترددات الراديوية المنافسة. كما سيراقب مسؤولو المشتريات الدفاعية ما إذا كانت نورثروب غرومان تعتزم استخدام FORTITUDE حصرياً داخل أنظمتها الخاصة أو إتاحة تكنولوجيا أشباه الموصلات لمكاملي الأجهزة الدفاعية من الأطراف الثالثة.

## ما لا نعرفه بعد في حين أن المقاييس الأولية التي تم الإفصاح عنها لشريحة FORTITUDE تظهر مكاسب كبيرة في الأداء، إلا أن العديد من التفاصيل الفنية والتصنيعية الرئيسية لا تزال غير مؤكدة في التقارير المتاحة:

- **حلول الإدارة الحرارية**: تضييق قدرة أكبر بثلاثة أضعاف عبر شريحة بحجم حبة الأرز يركز كثافة حرارية شديدة داخل حجم ضئيل. ولا يفصل التقرير آليات تبديد الحرارة الداخلية أو نطاق درجة حرارة التشغيل أثناء الإرسال المستمر بالقدرة الكاملة. - **نطاقات التردد التشغيلية**: لا تذكر الأرقام المنشورة نطاقات التردد المحددة التي تحقق الشريحة من خلالها مكاسب القدرة بمقدار 3 أضعاف وجودة الإشارة بمقدار 20 ضعفاً، مثل النطاق X، أو النطاق Ku، أو النطاق Ka، أو أطياف الموجات المليمترية. - **إنتاجية التصنيع والتكلفة**: يمثل تصنيع أشباه الموصلات المركبة متعددة الطبقات تحدياً فنياً. ولا يقدم التقرير أي بيانات عن إنتاجية تصنيع الرقاقات، أو معدلات العيوب، أو تكاليف إنتاج الوحدة، أو مستويات الجاهزية التصنيعية الحالية (MRL). - **حالة الاختبار والنشر**: لا يزال غير معروف ما إذا كانت FORTITUDE قد خضعت لاختبارات طيران أو دمج في أجهزة ميدانية تشغيلية، أم أنها لا تزال في مرحلة تقييم النموذج الأولية في المختبر.

## ما يجب مراقبته خلال الأشهر القادمة، ستحدد عدة محطات رئيسية الوضع التشغيلي والأثر الأوسع لشريحة FORTITUDE من نورثروب غرومان:

- **الإفصاحات الفنية**: ترقب الأوراق البحثية الرسمية أو العروض التقديمية في المؤتمرات المحكمة لأشباه الموصلات، مثل الندوة الدولية للميكروويف التابعة لـ IEEE أو ندوة الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات المركبة، والتي تفصل معايير S المقاسة، وبيانات تبديد الحرارة، ومنحنيات كفاءة الطاقة المضافة (PAE). - **التعاقدات الدفاعية وتكامل البرامج**: ترقب ترسيات العقود الرسمية من وزارة الدفاع الأمريكية أو الإعلانات التي تشير إلى اختيار FORTITUDE للدمج في تحديثات المنصات التشغيلية، أو تحديثات الرادار، أو الحمولات الفضائية. - **توسع المصابك ولوائح التصدير**: راقب ما إذا كانت نورثروب غرومان ستوسع مرافق تصنيع الإلكترونيات الدقيقة المتخصصة لديها لدعم الإنتاج التجاري، وما إذا كانت الحكومة الأمريكية ستفرض لوائح خاصة للاتجار الدولي بالسلاح (ITAR) أو ضوابط تصدير على عملية تصنيع نيتريد الغاليوم متعدد الطبقات. - **المقارنات المرجعية للصناعة**: تتبع ما إذا كانت الشركات المصنعة للإلكترونيات الدفاعية المنافسة ستعلن عن بنيات شرائح 3D GaN منافسة لمطابقة معايير القدرة بـ 3 أضعاف وجودة الإشارة بـ 20 ضعفاً المسجلة.

يستند هذا التتقرير إلى تغطية نشرها في الأصل الصحفي التكنولوجي عامر خلام.