Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), совместно с Технологическим институтом Джорджии и Исследовательской лабораторией ВВС США, представили новую технологию интеграции транзисторов из нитрида галлия (GaN) в стандартные кремниевые микросхемы. Этот шаг может существенно приблизить массовое внедрение высокоэффективных и скоростных компонентов в электронике нового поколения.
Нитрид галлия и медь
Нитрид галлия — это полупроводник, обладающий высокой энергетической эффективностью и способностью работать на высоких частотах. Он уже используется в усилителях сигналов мобильной связи и компонентах дата-центров. Однако его широкое распространение сдерживалось из-за высокой стоимости и сложности интеграции с традиционными кремниевыми технологиями.
Команда MIT разработала экономичный и масштабируемый метод, позволяющий встраивать транзисторы из GaN непосредственно в кремниевые чипы. В отличие от старых методов — пайки или склеивания целых пластин GaN с кремнием — новый способ предполагает создание тысяч крошечных транзисторов на одной пластине, вырезание их и индивидуальное размещение в нужных точках кремниевой схемы.
Ключ к новому процессу — это технология соединения медь-к-меди. Каждый транзистор снабжается микроскопическими медными столбиками, которые выравниваются и прижимаются к соответствующим структурам на кремниевом чипе. Соединение осуществляется при температуре ниже 400 °C, что безопасно для хрупких полупроводников.
Медь в этом случае заменила золото, ранее использовавшееся в подобных технологиях, благодаря своей дешевизне и высокой электропроводности. Для точного размещения транзисторов исследователи разработали специальное оборудование с микроскопическим позиционированием и вакуумным захватом.
Прототип усилителя, созданный на гибридных чипах, превзошёл по полосе пропускания и мощности аналогичные кремниевые устройства. Компактность конструкции также позволила уменьшить тепловыделение — ключевую проблему в высокопроизводительной электронике.
По мнению исследователей, эта технология может найти применение не только в телекоммуникациях и дата-центрах, но и в будущих системах квантовых вычислений. В условиях сверхнизких температур нитрид галлия способен демонстрировать производительность, недоступную кремнию.
По словам аспиранта MIT и ведущего автора исследования Прадьота Ядава, главной целью было объединить преимущества GaN и кремния без увеличения стоимости и сложности производства. Использование GaN только там, где это необходимо, обеспечивает баланс между масштабируемостью и производительностью.
Проект поддерживался Министерством обороны США и корпорацией Semiconductor Research, а сама разработка велась в MIT.Nano, Исследовательской лаборатории ВВС и Georgia Tech.
