Полупроводник нитрид галлия может стать ключевым материалом для следующего поколения систем связи и электроники. Однако высокая стоимость и сложность обработки ограничивают его использование. Инженеры из США разработали новый технологический процесс интеграции высокопроизводительных транзисторов GaN в стандартные кремниевые КМОП-чипы — недорогой, масштабируемый, а также совместимый с существующим оборудованием для производства полупроводников.
Нитрид галлия — второй по распространенности полупроводник в мире после кремния. Уникальные свойства материала идеально подходят для систем освещение, радиолокации и силовая электроники. Для максимальной производительности устройства из нитрида галлия следует подключать к кремниевым микросхемам КПОМ. Этого можно достичь методом пайки соединений, но такой подход ограничивает размер транзисторов. А чем меньше транзисторы, тем выше частота, на которой они могут работать. Другие методы интегрируют целую пластину нитрида галлия поверх кремниевой пластины, но использовать такого количество материала обходится слишком дорого.
«Мы хотели объединить функциональность GaN с мощностью цифровых микросхем из кремния, но без необходимости жертвовать пропускной способностью или низкой стоимостью, — сказал Прадиот Ядав из Массачусетского технологического института, ведущий автор статьи. — Мы достигли этого, добавив крошечные дискретные транзисторы из нитрида галлия прямо поверх кремниевого чипа».
Новые чипы изготавливаются в ходе многоэтапного процесса. Сначала по всей поверхности пластины нитрида галлия изготавливается плотная группа микроскопических транзисторов. При помощи точного лазера каждый из них обрезают до размера транзистора — 240 на 410 микрон, сообщает MIT News.
Сверху у каждого транзистора есть крошечный медный столбик, который нужен для прямого соединения с такими же столбиками на поверхности кремниевого КМОП. Соединение меди с медью требует достаточно низкой температуры менее 400 °С, которая не вредит кремнию и нитриду галлия. Кроме того, медь существенно дешевле золота, которое используется сейчас для этих целей.
После того, как технологический процесс был усовершенствован, инженеры разработали усилители мощности: радиочастотные схемы, усиливающие беспроводные сигналы. Опытные образцы достигли более высокой пропускной способности и усиления, чем устройства, изготовленные на традиционных кремниевых транзисторах. Площадь каждого чипа составила менее 0,5 мм².
