Про це повідомляє “Kreschatic” з посиланням на SciTechDaily
Дослідники Массачусетського технологічного інституту створили проривну технологію, яка дозволяє інтегрувати надшвидкі транзистори з нітриду галію на стандартні кремнієві мікросхеми. Цей підхід зменшує вартість виробництва, забезпечує високу продуктивність і сумісний із сучасними процесами виготовлення напівпровідників. Новий метод дає змогу поєднувати переваги кремнію та нітриду галію, відкриваючи шлях до енергозберігаючих та потужних електронних пристроїв нового покоління.
Технологія використовує мініатюрні транзистори, які вирізають із пластини нітриду галію та кріплять до кремнієвого чіпа за допомогою низькотемпературного з’єднання мідних елементів. Завдяки мікроскопічному розміру кожного елемента та точній установці, чіпи отримують високу швидкодію без перегріву та значних витрат на матеріали. Водночас нова система дає змогу створювати компоненти для бездротового зв’язку, які забезпечують кращу якість сигналу та економію енергії.
Як працює технологія гібридної інтеграції
Основою нової платформи стала ідея об’єднати транзистори з нітриду галію — одного з найефективніших матеріалів у високочастотній електроніці — з цифровими кремнієвими схемами, не жертвуючи вартістю чи масштабованістю. Команда MIT розробила процес, за якого на поверхню GaN-пластини наносять велику кількість мікроскопічних транзисторів, потім їх вирізають окремо, створюючи “ділети”.
Кожен такий діле́т має мідні мікростовпчики, які точно суміщуються з відповідними структурами на кремнієвому чіпі. Процес з’єднання проводиться при температурі нижче 400°C, що дозволяє зберігати властивості обох матеріалів і уникати пошкоджень. Таким чином, відпадає потреба в дорогому золоті чи високотемпературному паянні, що зазвичай застосовується в традиційних методах.
Переваги нового підходу для споживчої електроніки
Тестування продемонструвало ефективність нової технології: створені з її допомогою підсилювачі сигналу перевершили традиційні аналоги з кремнію. Це може забезпечити смартфони кращим сигналом, вищою швидкістю передачі даних і тривалішим часом автономної роботи. Кожен чіп займає менше ніж половину квадратного міліметра, що відкриває шлях до створення компактніших та енергоефективніших пристроїв.
Інтеграція також дозволяє використовувати в схемах додаткові елементи — наприклад, нейтралізаційні конденсатори — які ще більше підвищують ефективність передачі сигналу. Комбінація потужності нітриду галію та гнучкості кремнієвих платформ створює потенціал для виведення на ринок нових класів мікроелектроніки.
Інженерні рішення і виклики у виробництві
Щоб забезпечити точність інтеграції мікрочастинок, дослідники створили спеціальний інструмент, що утримує ділет вакуумом та позиціонує його з нанометричною точністю на поверхні кремнієвого чіпа. За допомогою мікроскопії вони контролюють процес з’єднання, а потім під впливом тепла та тиску здійснюють міцне мідне з’єднання.
Весь процес вимагав координації багатьох технологій і постійного вдосконалення кожного етапу. Протягом двох років команда розробляла алгоритми, інструменти й етапи виробництва, щоб вийти на стабільний і масштабований результат. Це стало можливим завдяки підтримці наукових партнерів з MIT, Georgia Tech і лабораторій ВПС США.
Перспективи використання у майбутніх технологіях
Нові гібридні чіпи не лише поліпшують сучасну електроніку, а й здатні закласти фундамент для майбутніх технологій, зокрема квантових обчислень. Нітрид галію проявляє кращі характеристики, ніж кремній, при наднизьких температурах, які потрібні в багатьох квантових системах. Це робить його перспективним матеріалом для обчислювальних платформ нового покоління.
Інтеграція таких мікрочіпів можлива без зміни існуючих виробничих процесів, що пришвидшить її впровадження у промисловість. Рішення MIT демонструє, що інновації не обов’язково мають бути дорогими або складними — іноді достатньо знайти правильну комбінацію вже наявних можливостей.
Нагадаємо, раніше ми писали про те, що нові батареї з сухими електродами подвоюють ефективність.
