Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) представили інноваційну технологію, яка дозволяє поєднувати високошвидкісні транзистори на основі нітриду галію зі звичайними кремнієвими чипами, зберігаючи при цьому доступність та масштабованість виробництва.
Про це розповідає ProIT
Переваги нітриду галію для майбутнього процесорів
Нітрид галію, як перспективний напівпровідниковий матеріал, відкриває нові можливості для створення високошвидкісних систем зв’язку та силової електроніки наступного покоління. Головною перешкодою для масового використання GaN залишалися висока вартість і складні технологічні процеси. Новий підхід MIT дозволяє мінімізувати ці недоліки: дослідники розміщують велику кількість крихітних транзисторів з нітриду галію на пластині, кожен з яких вирізається окремо, а далі тільки потрібні елементи інтегруються з кремнієвим чипом. Важливо, що цей процес здійснюється за низької температури, що не впливає на якість матеріалів.
Використання лише невеликої кількості нітриду галію в кожному чипі дозволяє суттєво знизити витрати. Водночас чипи, оснащені компактними транзисторами, демонструють значно вищу продуктивність. Завдяки рівномірному розподіленню GaN-транзисторів по кремнієвій основі також зменшується нагрівання системи.
Вплив на смартфони та квантові обчислення
Застосувавши свою технологію, науковці вже створили потужні підсилювачі, що важливі для сучасних смартфонів. Нові чипи забезпечують сильніші та ефективніші сигнали у порівнянні з традиційними кремнієвими аналогами. Це означає стабільніше з’єднання, кращий бездротовий зв’язок і довший термін роботи акумулятора пристрою. Окрім цього, технологія може бути корисною у сфері квантових обчислень завдяки підвищеній стабільності та ефективності GaN у низькотемпературних умовах.
«Якщо ми можемо знизити вартість, покращити масштабованість і водночас підвищити продуктивність електронного пристрою, то нам, без сумніву, слід ухвалити цю технологію. Ми об’єднали найкраще з того, що дає кремній, з найкращою можливою електронікою на основі нітриду галію. Ці гібридні чипи можуть зробити революцію на багатьох комерційних ринках», — переконує провідний автор дослідження, аспірант MIT Прадьот Ядав.
Науковці вже тривалий час працюють над інтеграцією чипів з нітриду галію з кремнієвими. Деякі існуючі методи передбачають паяння з’єднань, що обмежує розмір створюваних транзисторів: чим менші транзистори, тим вище їх робоча частота. Інший варіант — розміщення цілої пластини нітриду галію поверх кремнієвої, що робить виробництво занадто дорогим, особливо враховуючи, що матеріалу потрібно небагато.
У новому процесі MIT спочатку виготовляють щільно упаковані транзистори на пластині з нітриду галію, після чого тонким лазером кожен з них обрізають до розмірів 240 на 410 мікрон. Для з’єднання транзисторів із кремнієвим чипом використовують мідні стовбчики, а монтаж можливий за температури нижче 400°C, що зберігає властивості матеріалів.
Для акуратного розміщення GaN-транзисторів на кремнієвій основі команда MIT розробила спеціальний інструмент, який використовує вакуум для переміщення елементів, а мікроскопія допомагає контролювати точність позиціювання. Після розміщення транзистори фіксують за допомогою тепла й тиску.
Вдосконаливши процес, дослідники продемонстрували роботу підсилювачів потужності — радіочастотних схем, що посилюють бездротові сигнали. Нові пристрої перевершують аналоги на традиційних кремнієвих транзисторах за пропускною спроможністю та посиленням, а площа кожного чипа становить менше половини квадратного міліметра.