Új hibrid chipek hozhatják lendületbe az elektronikai ipart

Az MIT több partner segítségével fejlesztette ki azt az eljárást, amellyel a tudósai nagy teljesítményű gallium-nitrid (GaN) tranzisztorokat integrálnak szabványos szilícium CMOS chipekre. A megoldás olcsó, skálázható és kompatibilis a meglévő félvezetőgyárakkal – állítja az intézet közleménye.

Az új technológia lehetővé teszi, hogy a gyors, kompakt GaN tranzisztorokat pontosan oda helyezzék, ahol valóban szükség van rájuk, így a teljesítmény nő, miközben a költségek csökkennek, a hőtermelés pedig jelentősen kisebb.

A folyamat során a kutatók először egy GaN ostya felszínére helyeztek apró tranzisztorokat. Lézerrel 240×410 mikrométeres darabokra vágták őket, majd a darabkák felszínén található rézoszlopokat a CMOS chip hasonló rézszerkezeteihez illesztették. A réz-réz kötést 400 Celsius-fok alatti hőmérsékleten hozták létre, így egyik anyag sem sérült meg.

„Ha csökkenteni tudjuk a költségeket, javítani a méretezhetőséget, és közben még a teljesítményt is növeljük, akkor egyértelmű, hogy ezt a technológiát alkalmazni kell” – mondta Pradyot Yadav, az MIT végzős hallgatója, a tanulmány vezető szerzője. „Ötvöztük a szilícium előnyeit a gallium-nitrid lehetőségeivel. Ezek a hibrid chipek számos kereskedelmi piacot átalakíthatnak.”

A technológia első demonstrációjaként készítettek egy rádiófrekvenciás teljesítményerősítőt. Az új eszköz nagyobb sávszélességet és erősebb jelet biztosított, mint a hagyományos szilícium tranzisztorok, miközben a chipek alapterülete kevesebb mint fél négyzetmilliméter volt.

„Mi úgy akartuk ötvözni a GaN funkcionalitását a szilícium digitális chipek teljesítményével, hogy közben ne kelljen kompromisszumot kötni sem a költségek, sem a sávszélesség terén. Ezt úgy értük el, hogy mikroszkopikus, különálló GaN tranzisztorokat közvetlenül illesztettünk a szilíciumchipre” – mondta Yadav.

A jelenlegi integrációkhoz gyakran aranyat használnak, ami drága, ezenkívül magas hőmérsékletet és nagy erőt igényel, ráadásul beszennyezheti a gyártóberendezéseket, így speciális létesítményeket kíván. „Olyan eljárást akartunk, ami olcsó, alacsony hőmérsékleten és kis erővel működik. Ezekben a réz jobb az aranynál és jobb vezető is” – fűzte hozzá Yadav.

A fejlesztők egy speciális új eszközt is készítettek, amely vákuummal tartja és mozgatja a mikroszkopikus tranzisztort, majd nanométeres pontossággal illeszti a szilíciumchiphez. A kapcsolódási felületet fejlett mikroszkópos módszerrel figyelték meg, a végső kötést pedig hő és nyomás segítségével hozták létre.

„Ez a munka jelentős előrelépés, mivel bemutatja a többrétegű GaN–szilícium CMOS integrációt, és feszegeti a jelenlegi technológiai határokat” – mondta Atom Watanabe, az IBM kutatója.

Gábor János, NEW technology