Исследователи MIT разработали новый метод интеграции GaN-транзисторов в кремниевые чипы

По мере приближения производителей микросхем к физическим пределам кремния, исследователи ищут способы повышения производительности и энергоэффективности за счёт комбинирования различных материалов. Группа учёных из Массачусетского технологического института (MIT) совершила прорыв, разработав технологию интеграции GaN-транзисторов в кремниевые чипы, что может привести к созданию более мощных и эффективных беспроводных устройств.

Если вы приобретали качественные зарядные устройства для ноутбуков или смартфонов в последние годы, велика вероятность, что они были созданы на основе нитрида галлия (GaN). Этот полупроводниковый материал превосходит кремний по устойчивости к высоким температурам, напряжениям и способности передавать большие токи.

Именно поэтому GaN является предпочтительным выбором для устройств, работающих на сверхвысоких частотах или требующих высокой мощности. Однако производство чипов целиком из GaN обходится значительно дороже традиционных кремниевых решений, используемых в ПК, консолях, телевизорах и смартфонах.

Команда исследователей из MIT и других научных центров разработала метод, позволяющий размещать GaN-транзисторы поверх обычного кремниевого чипа. Такой подход сохраняет все преимущества GaN, но без огромных затрат на производство целых пластин из этого материала.

«Мы хотели объединить функциональность GaN с мощностью цифровых кремниевых чипов, не жертвуя ни стоимостью, ни пропускной способностью. Мы достигли этого, добавив сверхмалые дискретные GaN-транзисторы прямо поверх кремниевого чипа», — пояснил Прадьот Ядав, выпускник MIT и ведущий автор исследования.

Важно уточнить, что речь идёт не о транзисторах размером с те, что используются в процессорах AMD или Intel. Технология создаёт так называемые «дайлеты» (аналоги чиплетов) размером всего 0,24×0,41 мм. Эти элементы вырезаются лазером из GaN-пластины с предустановленными медными соединениями, что упрощает их интеграцию с кремниевой подложкой.

MIT отмечает, что большинство подобных методов соединения требуют использования золота, которое не только дороже меди, но и требует нагрева до температур, потенциально опасных для компонентов.

Интересный факт: GaN-технологии уже активно применяются в зарядных устройствах мощностью до 300 Вт, обеспечивая КПД до 95% и значительно уменьшая размеры адаптеров по сравнению с традиционными кремниевыми решениями.