GaN + кремний = суперчип. MIT улучшил чипы в вашем гаджете
NewsMakerВаши наушники теперь может слышать соседняя страна.
Специалисты MIT совместно с рядом научных центров предложили новый способ интеграции транзисторов из нитрида галлия (GaN) на кремниевые чипы. Эта разработка может не только удешевить производство, но и радикально повысить характеристики систем связи, радаров и других высокочастотных устройств, сделав их мощнее, эффективнее и доступнее.
Нитрид галлия давно известен как ключевой полупроводниковый материал, способный работать при высоких температурах и напряжениях, а также обеспечивать стабильную передачу энергии на высоких частотах. До сих пор его внедрение в массовые цифровые технологии сдерживалось тем, что интеграция с кремниевыми чипами требовала сложного оборудования и дорогостоящих материалов — особенно золота и высокотемпературных процессов, несовместимых с типовыми фабриками.
Учёные решили эту проблему за счёт создания миниатюрных GaN-транзисторов размером 240 на 410 микрон. Каждый такой «дайлет» помещается поверх стандартного CMOS-чипа с использованием низкотемпературной медно-медной пайки. Это позволяет не только сохранить все электрические свойства обеих частей, но и избежать перегрева, так как разнесённые по поверхности транзисторы способствуют лучшему отводу тепла. Такой подход делает возможной массовую интеграцию GaN без переделки производственных линий.
Новый процесс изготовления позволяет интегрировать высокопроизводительные транзисторы из нитрида галлия в стандартные кремниевые CMOS-чипы, обеспечивая при этом низкую стоимость и масштабируемость (MIT)
Для демонстрации эффективности технологии команда разработала усилитель мощности — ключевой компонент радиочастотных модулей в смартфонах и беспроводных устройствах. Полученный прототип показал более сильный сигнал, лучшую энергоэффективность и более высокую пропускную способность по сравнению с обычными решениями на кремнии. Это может означать улучшенное качество связи, рост скорости передачи данных и более длительное время автономной работы для мобильной электроники.
Более того, новизна метода заключается не только в техническом решении, но и в его универсальности. Интеграция совместима с действующими стандартами полупроводниковой промышленности и не требует капитального переоснащения производств. Это открывает путь к быстрой коммерциализации: от базовых электронных устройств до телекоммуникационного оборудования и систем радиоэлектронной борьбы.
Авторы также отмечают перспективность этой технологии для будущих квантовых вычислений. GaN сохраняет свои свойства при криогенных температурах, что делает его подходящим кандидатом для компонентов, работающих в условиях экстремального охлаждения — типичной среды для квантовых компьютеров.
Таким образом, соединение нитрида галлия и кремниевых чипов больше не требует компромиссов. Новая гибридная архитектура предлагает сочетание производительности, масштабируемости и совместимости — три характеристики, которые раньше не удавалось совместить в одном решении. Это может не просто улучшить существующую электронику, а стать основой для целого поколения новых технологий.
Специалисты MIT совместно с рядом научных центров предложили новый способ интеграции транзисторов из нитрида галлия (GaN) на кремниевые чипы. Эта разработка может не только удешевить производство, но и радикально повысить характеристики систем связи, радаров и других высокочастотных устройств, сделав их мощнее, эффективнее и доступнее.
Нитрид галлия давно известен как ключевой полупроводниковый материал, способный работать при высоких температурах и напряжениях, а также обеспечивать стабильную передачу энергии на высоких частотах. До сих пор его внедрение в массовые цифровые технологии сдерживалось тем, что интеграция с кремниевыми чипами требовала сложного оборудования и дорогостоящих материалов — особенно золота и высокотемпературных процессов, несовместимых с типовыми фабриками.
Учёные решили эту проблему за счёт создания миниатюрных GaN-транзисторов размером 240 на 410 микрон. Каждый такой «дайлет» помещается поверх стандартного CMOS-чипа с использованием низкотемпературной медно-медной пайки. Это позволяет не только сохранить все электрические свойства обеих частей, но и избежать перегрева, так как разнесённые по поверхности транзисторы способствуют лучшему отводу тепла. Такой подход делает возможной массовую интеграцию GaN без переделки производственных линий.
Новый процесс изготовления позволяет интегрировать высокопроизводительные транзисторы из нитрида галлия в стандартные кремниевые CMOS-чипы, обеспечивая при этом низкую стоимость и масштабируемость (MIT)
Для демонстрации эффективности технологии команда разработала усилитель мощности — ключевой компонент радиочастотных модулей в смартфонах и беспроводных устройствах. Полученный прототип показал более сильный сигнал, лучшую энергоэффективность и более высокую пропускную способность по сравнению с обычными решениями на кремнии. Это может означать улучшенное качество связи, рост скорости передачи данных и более длительное время автономной работы для мобильной электроники.
Более того, новизна метода заключается не только в техническом решении, но и в его универсальности. Интеграция совместима с действующими стандартами полупроводниковой промышленности и не требует капитального переоснащения производств. Это открывает путь к быстрой коммерциализации: от базовых электронных устройств до телекоммуникационного оборудования и систем радиоэлектронной борьбы.
Авторы также отмечают перспективность этой технологии для будущих квантовых вычислений. GaN сохраняет свои свойства при криогенных температурах, что делает его подходящим кандидатом для компонентов, работающих в условиях экстремального охлаждения — типичной среды для квантовых компьютеров.
Таким образом, соединение нитрида галлия и кремниевых чипов больше не требует компромиссов. Новая гибридная архитектура предлагает сочетание производительности, масштабируемости и совместимости — три характеристики, которые раньше не удавалось совместить в одном решении. Это может не просто улучшить существующую электронику, а стать основой для целого поколения новых технологий.