Κάπου, σε μικροσκοπική κλίμακα, εκεί που το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να δει τι συμβαίνει, μερικά ολοκληρωμένα κυκλώματα -«τσιπ» όπως τα ονομάζουμε στην καθημερινή μας ομιλία-, εκτελούν απίστευτες λειτουργίες κι έτσι ένα ραντάρ «βλέπει» τα drones που μας πλησιάζουν, «βλέπει» ένα άγνωστο πλοίο που καταφθάνει, «βλέπει» έναν πύραυλο που πλησιάζει. Πώς ένα υλικό που «κρύβεται» μέσα σε αυτά τα συστήματα έχει τόσο μεγάλη σημασία για να μας υπερασπίζονται; Στην εποχή της παγκόσμιας κούρσας για την τεχνολογική υπεροχή, την ενεργειακή μετάβαση και την ενίσχυση της αμυντικής και διαστημικής αυτονομίας, η μικροηλεκτρονική δεν αποτελεί πλέον έναν απλό τομέα της τεχνολογικής βιομηχανίας, αλλά το κεντρικό πεδίο της γεωπολιτικής και οικονομικής επικράτησης.
Σε αυτό το παγκόσμιο τοπίο, όπου προηγμένα ημιαγωγικά υλικά αντικαθιστούν σταδιακά τις παραδοσιακές τεχνολογίες πυριτίου, η Ελλάδα, όπως λέει ο Δρ Εμμανουήλ Τριχάς, υπεύθυνος της Επιχειρηματικής Ανάπτυξης Πιλοτικής Γραμμής Νανοηλεκτρονικής SMARTEC του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΗΔΛ) του ΙΤΕ καθώς και της πιλοτικής γραμμής SMARTEC του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ), διαθέτει ένα σπάνιο και εξαιρετικά ισχυρό πλεονέκτημα: τον συνδυασμό πρωτογενών ορυκτών πόρων, αιχμής ερευνητικής τεχνογνωσίας και εγχώριου σχεδιαστικού οικοσυστήματος.
Στο επίκεντρο αυτής της εθνικής και ευρωπαϊκής πρόκλησης βρίσκεται, λοιπόν, το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN). Πρόκειται για ένα ημιαγωγικό υλικό ευρέος ενεργειακού διακένου (wide bandgap), όπως χαρακτηρίζεται, που φέρνει επανάσταση στις τηλεπικοινωνίες επόμενης γενιάς, στα συστήματα ραντάρ, στη διαστημική τεχνολογία και στις αμυντικές εφαρμογές διπλής χρήσης (dual-use).
Όπως αναφέρει σε συνέντευξή του στο ραδιόφωνο του ΑΠΕ-ΜΠΕ «Πρακτορείο 104, 9 FM» ο Δρ Τριχάς, η Ελλάδα έχει τη μοναδική ευκαιρία να οικοδομήσει μια αμιγώς εγχώρια, καθετοποιημένη αλυσίδα αξίας στη μικροηλεκτρονική.
Μπαίνουμε σε μια νέα εποχή και η Ελλάδα έχει δύναμη
Η τεχνολογία έχει αρχίσει να αντικαθιστά σταδιακά το παραδοσιακό πυρίτιο σε πολλές εφαρμογές υψηλής ισχύος, υψηλής συχνότητας και οπτοηλεκτρονικής. «Εμείς φτιάχνουμε βασικό ημιαγωγικό υλικό που λέγεται νιτρίδιο του γαλλίου, και πάνω σε αυτό κατασκευάζουμε βασικές διατάξεις τρανζίστορ και πιο σύνθετες, όπως το τρανζίστορ, προχωράμε δηλαδή και σε κυκλωματικές διατάξεις. Η συγκεκριμένη δραστηριότητα, η οποία ουσιαστικά έχει γεννήσει την πιλοτική γραμμή παραγωγής των κυκλωμάτων αυτών, αναπτύσσει πομποδέκτες νιτριδίου του γαλλίου για ραντάρ και για τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές νέας γενιάς», εξηγεί ο Δρ Τριχάς, ο οποίος παρουσίασε στην 90ή ΔΕΘ τις δυνατότητες ανάπτυξης ανταγωνιστικών ελληνικών chips για εφαρμογές RADAR και συνδεσιμότητας, διττής χρήσης. Πρόκειται για τεχνολογία που ξεκάθαρα, τόνισε, έχει εφαρμογή πάνω σε μαχητικά αεροσκάφη 4ης και 5ης Γενιάς -και όχι μόνο- καθώς σήμερα ο πλανήτης ζει στην εποχή των drones.
«Παλιά αντιμετώπιζες ένα – δύο πυραύλους να έρχονται, ο ένας πίσω από τον άλλο ή ενδεχομένως και από άλλη κατεύθυνση, τώρα μπορούν να σου έρθουν 100 drones από παντού. Οπότε, αφενός η AESA τεχνολογία ραντάρ (σ.σ ραντάρ που ανιχνεύουν με ηλεκτρονική σάρωση) ακόμα και σήμερα ναι μεν μπορεί να κάνει πράγματα, αλλά δεν μπορεί να ανταποκριθεί με την ταχύτητα που πρέπει, και με τη διακριτική ικανότητα που πρέπει. Δηλαδή, εφόσον τα drones, βαίνουν συνεχώς μειούμενα σε επιφάνεια και σε όγκο, η δυνατότητα να τα ανιχνεύσεις, μικραίνει. Οπότε, εσύ με ένα chip (σ.σ της συγκεκριμένης τεχνολογίας) και με μία αντίστοιχη κεραία που θα τα συζεύξεις θα έχεις τη δυνατότητα να ανιχνεύεις τα όλο και μειούμενα σε επιφάνεια drones όπως και να είσαι πιο αποδοτικός εν τέλει στο να μπορείς να επιβιώσεις από την επίθεσή τους», σημειώνει ο Έλληνας επιστήμονας.
Τα τεχνολογικά πλεονεκτήματα του νιτριδίου του γαλλίου
Η ιστορία της ελληνικής δραστηριότητας στο νιτρίδιο του γαλλίου και του συγκεκριμένου Εργαστηρίου Μικροηλεκτρονικής όπου η πολυετής επιστημονική συσσώρευση γνώσης πάνω στα μικρο- και οπτο-ηλεκτρονικά υλικά οδήγησε στη δημιουργία της πιλοτικής γραμμής SMARTEC. Η σημασία αυτής της πιλοτικής υποδομής, η οποία συγχρηματοδοτήθηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση στο πλαίσιο της στρατηγικής για την ενίσχυση της ευρωπαϊκής μικροηλεκτρονικής, έγκειται στη διπλή της αποστολή: αφενός να τεκμηριώσει εργαστηριακά και λειτουργικά ότι η τεχνολογία αυτή είναι ώριμη και αποδοτική στο πεδίο και αφετέρου να προσφέρει υπηρεσίες πρωτοτυποποίησης (prototyping) σε σχεδιαστικά γραφεία και επιχειρήσεις.
Γιατί, όμως, το νιτρίδιο του γαλλίου θεωρείται ο «βασιλιάς» των προηγμένων ηλεκτρονικών διατάξεων; Σε σύγκριση με το παραδοσιακό πυρίτιο (Si), το νιτρίδιο του γαλλίου διαθέτει φυσικές ιδιότητες, που τού επιτρέπουν να λειτουργεί σε πολύ υψηλότερες τάσεις, συχνότητες και θερμοκρασίες, διατηρώντας ταυτόχρονα υψηλή ενεργειακή απόδοση και εξαιρετικά μικρό όγκο. Στον τομέα των τηλεπικοινωνιών, των ραντάρ και των αμυντικών συστημάτων, η χρήση του νιτριδίου του γαλλίου επιφέρει επαναστατικές αλλαγές. Έτσι -επισημαίνει ο Δρ Τριχάς- υπάρχει μείωση βάρους και όγκου, αφού οι διατάξεις νιτριδίου του γαλλίου επιτρέπουν τη δραστική σμίκρυνση των ηλεκτρονικών υποσυστημάτων και άρα έχουμε ελαφρύτερο εξοπλισμό για αεροπορικές, ναυτικές και διαστημικές πλατφόρμες.
Τα συστήματα αυτά λειτουργούν με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και λιγότερες απαιτήσεις ψύξης, ενώ τέτοια συστήματα εκπομπής και λήψης επιτυγχάνουν μεγαλύτερο εύρος και υψηλότερη ισχύ σήματος καθώς και κύριο -σύμφωνα με τον επιστήμονα- στοιχείο, υψηλή διακριτική ικανότητα: Αυξάνεται, δηλαδή, η ικανότητα των ραντάρ να εντοπίζουν μικρού μεγέθους στόχους, με εξαιρετική ακρίβεια και ταχύτητα. «Σήμερα που υπάρχουν πάσης φύσεως drones στον αέρα, στη θάλασσα και στο έδαφος, τα οποία συνεχώς μικραίνουν σε επιφάνεια και όγκο, η ταχύτητα ανίχνευσης ενός μικρού αντικειμένου δίνει τεράστιο ανταγωνιστικό πλεονέκτημα. Ένα τσιπ νιτριδίου του γαλλίου σε σύζευξη με μια προηγμένη κεραία δίνει τη δυνατότητα να ανιχνεύεις στόχους μειωμένου ίχνους και να ανταποκρίνεσαι άμεσα σε κορεσμένες επιθέσεις», διευκρινίζει ο Δρ Τριχάς.
Η απάντηση στις απειλές νέας γενιάς: Anti-drone τεχνολογία και δίκτυα Εκτός της Γης
Η εξέλιξη των πολεμικών συγκρούσεων και των τεχνολογιών ασφαλείας διεθνώς αναδεικνύει την ανάγκη αντιμετώπισης των προαναφερθέντων ασύμμετρων απειλών, όπως τα σμήνη μη επανδρωμένων αεροσκαφών (drone swarms). Η τεχνολογία που αναπτύσσεται στο ΙΤΕ προσφέρει τη βάση για την κατασκευή ανώτερων anti-drone ραντάρ, αλλά και για την ενσωμάτωσή τους σε πλατφόρμες επόμενης γενιάς, όπως μαχητικά αεροσκάφη, φρεγάτες, δορυφόρους και μη επανδρωμένα οχήματα.
Παράλληλα, όμως, εκτός από τις αμυντικές εφαρμογές, το νιτρίδιο του γαλλίου αλλάζει και την επικοινωνία όλων μας καθώς «ξεκλειδώνει» τις τηλεπικοινωνίες του μέλλοντος. Ανοίγει τον δρόμο για τα Μη Επίγεια Δίκτυα (Non-Terrestrial Networks – NTN). Πρόκειται για τη σύζευξη των επίγειων δικτύων κινητής τηλεφωνίας με δορυφορικά δίκτυα σε χαμηλή και γεωστατική τροχιά (LEO/GEO) και ιπτάμενες πλατφόρμες ενδιάμεσου ύψους (HAPS), όπως μεγάλα drones που πετούν πολύ ψηλά και μαζικά. Αυτή η ενοποίηση επιτρέπει τη διακίνηση τεράστιων όγκων δεδομένων και τη δημιουργία κατανεμημένων δικτύων αισθητήρων που προσφέρουν επίγνωση της κατάστασης (situational awareness) σε πραγματικό χρόνο, π.χ στην Πολιτική Προστασία που πρέπει να μιλά με όλους ταυτόχρονα για να συντονίσει τις δράσεις της σε μια δύσκολη περίσταση. «Ξεφεύγουμε από τα αμιγώς επίγεια δίκτυα και πάμε στα Non-Terrestrial Networks», σημείωσε ο Δρ Τριχάς. «Αυτά τα δίκτυα θα επιτρέπουν τη συλλογή, επεξεργασία και διαβίβαση πληροφοριών σε πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας τη λήψη αποφάσεων ακόμη και σε απομακρυσμένα ή μη κρίσιμα σημεία, χάρη στην αυτοματοποιημένη διαχείριση μεγάλων όγκων δεδομένων».
Το εθνικό πλεονέκτημα: Βωξίτης, Γάλλιο και Ελληνικό Σχεδιαστικό Οικοσύστημα
Ένα από τα πιο εντυπωσιακά στοιχεία της ελληνικής προοπτικής στον τομέα αυτό είναι η δυνατότητα διαμόρφωσης μιας πλήρως καθετοποιημένης εγχώριας αλυσίδας. Η Ελλάδα διαθέτει πλούσια κοιτάσματα βωξίτη, από την επεξεργασία των οποίων μπορεί να παραχθεί το κρίσιμο μέταλλο γάλλιο (Ga). Ο συνδυασμός της πρώτης ύλης (γάλλιο από τον ελληνικό βωξίτη), της ερευνητικής τεχνογνωσίας υλικών και διατάξεων και των εξειδικευμένων ελληνικών σχεδιαστικών εταιρειών (design houses) δημιουργεί τις προϋποθέσεις για έναν αμιγώς ελληνικό κλάδο μικροηλεκτρονικής υψηλής προστιθέμενης αξίας.
«Υπάρχουν αρκετές ελληνικές επιχειρήσεις που σχεδιάζουν κυκλώματα», αναφέρει ο Δρ Τριχάς. «Πρόκειται για μελετητικά γραφεία ηλεκτρολόγων μηχανικών με υψηλή κατάρτιση, τα οποία συλλαμβάνουν ιδέες κυκλωμάτων για διεθνείς αγορές. Οι εταιρείες αυτές στρέφονται στη δική μας τεχνολογία, βλέποντας το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα που προσφέρει το νιτρίδιο του γαλλίου, και μας ζητούν να κατασκευάσουμε τα πρωτότυπα κυκλώματά τους. Το γάλλιο που παράγεται εγχώρια, η τεχνολογία νιτριδίου του γαλλίου του ΙΤΕ και τα σχέδια των ελληνικών επιχειρήσεων μπορούν να δημιουργήσουν έναν εκπληκτικό, αμιγώς ελληνικό κλάδο μικροηλεκτρονικής».
Η πρόκληση των επενδύσεων: Από την πιλοτική γραμμή στη παραγωγή και τις νέες θέσεις εργασίας
Παρά την τεχνολογική υπεροχή και τη στρατηγική σημασία της έρευνας, η μετάβαση από το εργαστήριο και την πιλοτική γραμμή σε μια πλήρη βιομηχανική μονάδα παραγωγής απαιτεί σημαντικά κεφάλαια. Ο κλάδος της μικροηλεκτρονικής χαρακτηρίζεται από υψηλές κεφαλαιουχικές δαπάνες (CapEx), αναφέρει ο Έλληνας επιστήμονας που τονίζει πως για να γίνει αντιληπτό το μέγεθος, διεθνώς μια νεοφυής επιχείρηση στον τομέα των ημιαγωγών μπορεί να απαιτήσει εκατοντάδες εκατομμύρια ευρώ μόνο ως αρχικό κεφάλαιο σποράς (seed capital). Στην Ελλάδα, τα διαθέσιμα επενδυτικά κεφάλαια ιστορικά κατευθύνονταν κυρίως σε λύσεις λογισμικού (software), οι οποίες απαιτούν λιγότερη αρχική επένδυση, ωστόσο, το τοπίο αλλάζει σταδιακά, αναφέρει ο ερευνητής.
Όπως εξηγεί ο Δρ Τριχάς, οι θεσμικοί επενδυτές αρχίζουν να αντιλαμβάνονται ότι η βαριά τεχνολογική βιομηχανία και το deep-tech προσφέρουν πολύ μεγαλύτερη μακροπρόθεσμη προστιθέμενη αξία και βιώσιμη ανάπτυξη. Μια βιομηχανική μονάδα μικροηλεκτρονικής στην Ελλάδα δεν χρειάζεται να ανταγωνιστεί τους ασιατικούς γίγαντες στην παραγωγή τσιπ χαμηλού κόστους για ευρεία καταναλωτικά προϊόντα (commodities), όπου κυριαρχεί το τυπικό πυρίτιο με χαμηλά περιθώρια κέρδους και έντονο ανταγωνισμό τιμών. Αντίθετα, πρέπει, σύμφωνα με τον ίδιο, να εστιάσει σε εξειδικευμένες αγορές υψηλής τεχνικής επίδοσης (high-performance niche markets), όπως η αεροδιαστημική, η άμυνα και οι προηγμένες τηλεπικοινωνίες (6G), όπου το νιτρίδιο του γαλλίου εξασφαλίζει υψηλή προστιθέμενη αξία και σημαντική κερδοφορία. «Σε ένα στρατιωτικό ή διαστημικό σύστημα, αυτός που επιλέγει ένα τσιπ ΔΕΝ θέτει ως κύριο κριτήριο το χαμηλό κόστος, αλλά την τεχνική υπεροχή και την αξιοπιστία. Είναι διατεθειμένος να πληρώσει την προστιθέμενη αξία», επισημαίνει ο Δρ Τριχάς. «Αυτή η προστιθέμενη αξία μετακυλίεται στην οικονομία, δημιουργώντας καλοπληρωμένες θέσεις εργασίας υψηλής εξειδίκευσης, αλλά και ένα ολόκληρο οικοσύστημα υποστηρικτικών επιχειρήσεων γύρω από τη μονάδα παραγωγής».
Το αύριο της ελληνικής μικροηλεκτρονικής
Το στοίχημα για την Ελλάδα, σύμφωνα με τον υπεύθυνο της Επιχειρηματικής Ανάπτυξης Πιλοτικής Γραμμής Νανοηλεκτρονικής SMARTEC του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΗΔΛ) του ΙΤΕ είναι σαφές: η αξιοποίηση της ερευνητικής αριστείας και η προσέλκυση των αναγκαίων επενδυτικών κεφαλαίων για τη δημιουργία μιας εθνικής υποδομής παραγωγής προηγμένων ημιαγωγών. Η κατοχύρωση της διανοητικής ιδιοκτησίας (πατέντες) και η σύνδεση της έρευνας με την εγχώρια και διεθνή βιομηχανία αποτελούν τα απαραίτητα βήματα για την επίτευξη τεχνολογικής κυριαρχίας.
Όπως τονίζει ο Δρ Τριχάς, με το νιτρίδιο του γαλλίου, η Ελλάδα δεν παρακολουθεί απλώς τις τεχνολογικές εξελίξεις, αλλά διεκδικεί πρωταγωνιστικό ρόλο στον ευρωπαϊκό χάρτη των ημιαγωγών, μετατρέποντας την επιστημονική γνώση σε εθνικό οικονομικό και στρατηγικό πυλώνα.
*Φωτ. ΑΠΕ-ΜΠΕ ΑΠΕ-ΜΠΕ
