„Jeśli możemy obniżyć koszty, poprawić skalowalność i jednocześnie zwiększyć wydajność urządzenia elektronicznego, to oczywiste, że powinniśmy przyjąć tę technologię”. Ten cytat oddaje istotę przełomowego odkrycia z MIT, ogłoszonego niedawno. Naukowcy opracowali nowy proces produkcji, który integruje wysokowydajne tranzystory z azotku galu (GaN) na standardowych krzemowych układach scalonych CMOS w sposób, który jest zarówno nisko kosztowy, jak i skalowalny.
Innowacja, której przewodzi student studiów doktoranckich MIT Pradyot Yadav, obejmuje unikalną metodę łączenia mocnych stron obu materiałów. Budują oni maleńkie tranzystory GaN, wycinają je i łączą z krzemowymi układami scalonymi za pomocą procesu niskotemperaturowego. Takie podejście minimalizuje zużycie drogiego materiału GaN, jednocześnie maksymalizując wydajność, co prowadzi do bardziej wydajnych i potężnych urządzeń.
Potencjalne zastosowania tej technologii są ogromne. Naukowcy z powodzeniem wyprodukowali wzmacniacz mocy, kluczowy komponent w telefonach komórkowych, demonstrując ulepszoną siłę sygnału i wydajność. Może to przełożyć się na lepszą jakość połączeń, zwiększoną przepustowość bezprzewodową i dłuższą żywotność baterii w smartfonach. Co więcej, ten schemat integracji może nawet umożliwić zastosowania kwantowe, ponieważ GaN działa lepiej niż krzem w temperaturach kriogenicznych, niezbędnych dla wielu rodzajów obliczeń kwantowych.
Proces obejmuje kilka etapów, w tym wytworzenie kolekcji maleńkich tranzystorów na waflu GaN i pocięcie ich na pojedyncze „dielety”. Te dielety są następnie łączone z krzemowymi układami scalonymi za pomocą miedzianych słupków, metody, która jest zarówno opłacalna, jak i pozwala uniknąć wysokich temperatur wymaganych przez tradycyjne łączenie na bazie złota. Ta nowa metoda pasuje do standardowych procedur i może ulepszyć istniejącą elektronikę, a także przyszłe technologie.
Według Yadava, ten postęp może zrewolucjonizować różne rynki komercyjne. Badania, wspierane przez Departament Obrony USA, stanowią znaczący krok naprzód w heterogenicznej integracji, torując drogę dla technologii bezprzewodowych nowej generacji i potencjalnie wpływając na takie dziedziny, jak obliczenia kwantowe. To duży krok naprzód w świecie elektroniki.