Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили инновационную технологию, которая позволяет сочетать высокоскоростные транзисторы на основе нитрида галия с обычными кремниевыми чипами, сохраняя при этом доступность и масштабируемость производства.
Об этом сообщает ProIT
Преимущества нитрида галия для будущих процессоров
Нитрид галия, как перспективный полупроводниковый материал, открывает новые возможности для создания высокоскоростных систем связи и силовой электроники следующего поколения. Главной преградой для массового использования GaN оставались высокая стоимость и сложные технологические процессы. Новый подход MIT позволяет минимизировать эти недостатки: исследователи размещают большое количество крошечных транзисторов из нитрида галия на пластине, каждый из которых вырезается отдельно, а затем только необходимые элементы интегрируются с кремниевым чипом. Важно, что этот процесс осуществляется при низкой температуре, что не влияет на качество материалов.
Использование лишь небольшого количества нитрида галия в каждом чипе позволяет существенно снизить затраты. В то же время чипы, оснащенные компактными транзисторами, демонстрируют значительно более высокую производительность. Благодаря равномерному распределению GaN-транзисторов по кремниевой основе также уменьшается нагревание системы.
Влияние на смартфоны и квантовые вычисления
Применив свою технологию, ученые уже создали мощные усилители, которые важны для современных смартфонов. Новые чипы обеспечивают более сильные и эффективные сигналы по сравнению с традиционными кремниевыми аналогами. Это означает более стабильное соединение, лучшее беспроводное соединение и более длительный срок работы аккумулятора устройства. Кроме того, технология может быть полезна в области квантовых вычислений благодаря повышенной стабильности и эффективности GaN в низкотемпературных условиях.
«Если мы можем снизить стоимость, улучшить масштабируемость и одновременно повысить производительность электронного устройства, то нам, без сомнения, следует принять эту технологию. Мы объединили лучшее из того, что дает кремний, с лучшей возможной электроникой на основе нитрида галия. Эти гибридные чипы могут произвести революцию на многих коммерческих рынках», — убеждает ведущий автор исследования, аспирант MIT Прадьот Ядав.
Ученые уже долгое время работают над интеграцией чипов из нитрида галия с кремниевыми. Некоторые существующие методы предполагают пайку соединений, что ограничивает размер создаваемых транзисторов: чем меньше транзисторы, тем выше их рабочая частота. Другой вариант — размещение целой пластины нитрида галия поверх кремниевой, что делает производство слишком дорогим, особенно учитывая, что материала нужно немного.
В новом процессе MIT сначала изготавливают плотно упакованные транзисторы на пластине из нитрида галия, после чего тонким лазером каждый из них обрезают до размеров 240 на 410 микрон. Для соединения транзисторов с кремниевым чипом используют медные столбики, а монтаж возможен при температуре ниже 400°C, что сохраняет свойства материалов.
Для аккуратного размещения GaN-транзисторов на кремниевой основе команда MIT разработала специальный инструмент, который использует вакуум для перемещения элементов, а микроскопия помогает контролировать точность позиционирования. После размещения транзисторы фиксируют с помощью тепла и давления.
Усовершенствовав процесс, исследователи продемонстрировали работу усилителей мощности — радиочастотных схем, которые усиливают беспроводные сигналы. Новые устройства превосходят аналоги на традиционных кремниевых транзисторах по пропускной способности и усилению, а площадь каждого чипа составляет менее половины квадратного миллиметра.