Această inovație reduce căldura și îmbunătățește puterea semnalului
Ce s -a întâmplat? O echipă de cercetători de la MIT, în colaborare cu Georgia Tech și Laboratorul de Cercetare a Forțelor Aeriene, a dezvoltat o nouă metodă pentru integrarea tranzistoarelor de nitrură de galiu (GAN) pe cipuri standard de siliciu. Pe măsură ce cererea pentru electronice mai rapide și mai eficiente continuă să crească, această inovație reprezintă un pas semnificativ spre reducerea decalajului dintre materialele de ultimă oră și tehnologia mainstream.
Gallium Nitride, un semiconductor renumit pentru eficiența și capacitățile sale de mare viteză, a fost recunoscut de mult timp ca un material promițător pentru electronice de generație următoare, inclusiv amplificatoare de energie care conduc semnale de telefon mobil și componente de înaltă frecvență esențiale pentru centrele de date. Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a GAN a fost împiedicată de costurile sale ridicate și de provocările tehnice asociate cu integrarea acestuia cu electronice convenționale pe bază de siliciu.
Noul proces, prezentat recent la simpozionul IEEE Radio Frecvence Frecvence Circuits, abordează aceste obstacole prin introducerea unui mod scalabil și rentabil de a lega tranzistoarele GAN direct pe cipuri de siliciu. În mod tradițional, integrarea ganului cu siliciu a necesitat fie lipirea, ceea ce a limitat dimensiunea și performanța tranzistoarelor, fie legarea napolitanelor întregi de gan la siliciu, o metodă care a irosit cantități mari de materiale scumpe.
Abordarea echipei conduse de MIT este diferită. Încep prin fabricarea a mii de tranzistoare gan minuscule, fiecare la doar câteva sute de microni, pe o singură placă. Aceste tranzistoare sunt apoi tăiate cu precizie și legate individual pe un cip de siliciu doar acolo unde sunt necesare, minimizând utilizarea și costul materialului.
Inima tehnică a procesului constă în utilizarea legăturii de la cupru la cupru. Fiecare tranzistor GAN este echipat cu stâlpi microscopici de cupru, care sunt aliniați și presați pe structuri de cupru potrivite pe cipul de siliciu. Această legătură are loc la temperaturi sub 400 de grade Celsius, suficient de scăzută pentru a evita deteriorarea materialelor delicate cu semiconductor.
Spre deosebire de metodele mai vechi care s -au bazat pe aur, care este costisitor și necesită temperaturi mai ridicate, cuprul oferă atât accesibilitate, cât și conductivitate electrică superioară. Cercetătorii au dezvoltat un instrument specializat pentru a gestiona tranzistoarele minuscule, folosind aspirație în vid și microscopie avansată pentru a poziționa fiecare cu precizie nanometrică înainte de lipire.
Această metodă nu numai că păstrează avantajele unice atât ale GAN cât și ale siliciului, dar permite și integrarea tranzistoarelor de mare viteză, de înaltă eficiență în proiectele de cipuri existente, fără modificări majore ale proceselor de fabricație.
În testele demonstrative, echipa a creat un amplificator de putere folosind cipurile lor hibride care au depășit dispozitivele tradiționale pe bază de siliciu atât în lățimea de bandă, cât și în puterea semnalului. Proiectarea compactă ajută, de asemenea, la reducerea căldurii, o provocare persistentă în electronica de înaltă performanță.
Dincolo de aplicații imediate în centrele de comunicații și date wireless, cercetătorii consideră că această tehnologie ar putea juca un rol în viitoarele sisteme de calcul cuantice, unde performanța GAN la temperaturi extrem de scăzute oferă avantaje distincte față de siliciu.
Pradyot Yadav, student absolvent MIT și autor principal al studiului, a explicat că obiectivul a fost să combine cele mai bune caracteristici ale GAN și Silicon, fără a face compromisuri cu privire la costuri sau performanță. Prin adăugarea numai a tranzistoarelor GAN necesare la un cip de siliciu, echipa a obținut un echilibru între scalabilitate și eficiență care ar putea face electronica avansată mai accesibilă și mai accesibilă.
Lucrarea a fost susținută de Departamentul de Apărare al SUA și de Simiconductor Research Corporation, fabricarea realizată la MIT.Nano, Laboratorul de Cercetare a Forțelor Aeriene și Georgia Tech.
