“Nếu chúng ta có thể giảm chi phí, cải thiện khả năng mở rộng và đồng thời nâng cao hiệu suất của thiết bị điện tử, thì không cần phải suy nghĩ rằng chúng ta nên áp dụng công nghệ này.” Câu nói này tóm tắt bản chất của một khám phá đột phá từ MIT, được công bố gần đây. Các nhà nghiên cứu đã phát triển một quy trình chế tạo mới tích hợp các bóng bán dẫn gallium nitride (GaN) hiệu suất cao vào các chip CMOS silicon tiêu chuẩn theo cách vừa tiết kiệm chi phí vừa có thể mở rộng.
Sự đổi mới, do sinh viên tốt nghiệp MIT Pradyot Yadav dẫn đầu, liên quan đến một phương pháp độc đáo để kết hợp các thế mạnh của cả hai vật liệu. Họ chế tạo các bóng bán dẫn GaN nhỏ, cắt chúng ra và liên kết chúng vào các chip silicon bằng quy trình nhiệt độ thấp. Cách tiếp cận này giảm thiểu việc sử dụng vật liệu GaN đắt tiền đồng thời tối đa hóa hiệu suất, dẫn đến các thiết bị hiệu quả và mạnh mẽ hơn.
Các ứng dụng tiềm năng của công nghệ này là rất lớn. Các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công một bộ khuếch đại công suất, một thành phần quan trọng trong điện thoại di động, chứng minh khả năng cải thiện cường độ tín hiệu và hiệu quả. Điều này có thể chuyển thành chất lượng cuộc gọi tốt hơn, băng thông không dây được cải thiện và thời lượng pin kéo dài hơn trong điện thoại thông minh. Hơn nữa, sơ đồ tích hợp này thậm chí có thể cho phép các ứng dụng lượng tử, vì GaN hoạt động tốt hơn silicon ở nhiệt độ đông lạnh cần thiết cho nhiều loại điện toán lượng tử.
Quá trình này bao gồm một số bước, bao gồm chế tạo một bộ sưu tập các bóng bán dẫn nhỏ trên một tấm wafer GaN và cắt chúng thành các “dielet” riêng lẻ. Các dielet này sau đó được liên kết với các chip silicon bằng các trụ đồng, một phương pháp vừa tiết kiệm chi phí vừa tránh được nhiệt độ cao cần thiết cho việc liên kết dựa trên vàng truyền thống. Phương pháp mới này phù hợp với các quy trình tiêu chuẩn và nó có thể cải thiện các thiết bị điện tử hiện có cũng như các công nghệ trong tương lai.
Theo Yadav, sự tiến bộ này có thể cách mạng hóa các thị trường thương mại khác nhau. Nghiên cứu, được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ hỗ trợ, đại diện cho một bước tiến quan trọng trong tích hợp dị thể, mở đường cho các công nghệ không dây thế hệ tiếp theo và có khả năng tác động đến các lĩnh vực như điện toán lượng tử. Đây là một bước tiến lớn trong thế giới điện tử.