В связи с быстрым развитием коммуникационных сетей 5G и 6G, а также вычислительных систем на основе искусственного интеллекта, требования к производительности и энергоэффективности электронных компонентов возрастают. Хотя традиционные кремниевые материалы являются зрелыми и недорогими, они постепенно начинают демонстрировать ограничения в высокочастотных и мощных приложениях. Нитрид галлия (GaN), благодаря своей высокой скорости и эффективности, считается ключевым полупроводниковым материалом следующего поколения, но его коммерциализация долгое время сдерживалась дорогостоящими производственными процессами и трудностями интеграции. Недавно исследовательская группа из Массачусетского технологического института предложила новый недорогой метод производства, который успешно сочетает транзисторы GaN со стандартными кремниевыми CMOS-чипами, открывая новые возможности для высокоскоростной связи и передовых вычислительных технологий.
Оглавление
Важность и проблемы нитрида галлия
Нитрид галлия (GaN) считается вторым по популярности полупроводниковым материалом после кремния и широко используется в освещении, радиолокационных системах, силовой электронике и современном коммуникационном оборудовании благодаря своей высокой эффективности и скорости. Однако интеграция высокопроизводительных GaN-транзисторов в традиционные кремниевые CMOS-пластины долгое время сталкивалась с проблемами, связанными со стоимостью и производственными процессами. Традиционные методы соединения ограничивают миниатюризацию и производительность GaN-транзисторов, а интеграция всей GaN-пластины приводит к огромным потерям средств, что препятствует ее коммерциализации.
Инновационное решение Массачусетского технологического института: технология 3D-слоевого нанесения.
Инновационный метод, предложенный командой MIT, преодолевает прежние ограничения «переноса целых слоев» или «пайки», используя низкозатратную масштабируемую технологию трехмерной интеграции (3D Integration). Его основная концепция заключается в разделении функций GaN на множество «микротранзисторных блоков» с их последующим распределенным размещением на кремниевом чипе.
Стратегия «модульной интеграции» позволяет избежать больших потерь материала GaN в традиционных процессах и использовать GaN только в наиболее важных компонентах. Благодаря чрезвычайно малой площади ячеек GaN значительно снижаются напряжения, температурные требования и затраты в процессе интеграции, что упрощает масштабирование технологии для массового производства.
Между тем, этот метод трехмерного наслаивания совместим с существующими процессами производства полупроводников, не требует существенных модификаций оборудования производственной линии и упрощает внедрение. Это означает, что технология может не только способствовать академическим исследованиям, но и войти в практическое коммерческое применение, открывая путь для таких областей, как 5G, 6G и даже квантовые вычисления.
Детали производственного процесса: микротранзисторы и низкотемпературная сварка.
Этот метод сначала включает в себя создание большого количества микротранзисторов на подложке из нитрида галлия (GaN), а затем их лазерную резку на «дилеты» размером приблизительно 240 x 410 микрометров. Каждый дилет увенчан медным столбиком, который может быть непосредственно соединен с медными столбиками на поверхности кремниевой подложки при температуре ниже 400 градусов Цельсия. По сравнению с традиционными процессами золочения, которые основаны на дорогостоящих и высоких температурах, использование меди снижает затраты, напряжение и риски загрязнения, одновременно улучшая проводимость.
Улучшение характеристик системы и повышение эффективности теплоотвода.
Еще одним важным преимуществом этого метода интеграции является то, что схемы на основе нитрида галлия (GaN), состоящие из дискретных транзисторов, распределенных по кремниевой подложке, эффективно снижают общую температуру системы. Исследователи использовали этот метод для разработки усилителей мощности, демонстрирующих более высокую мощность сигнала и эффективность, чем одни только кремниевые транзисторы. В приложениях для смартфонов это приводит к улучшению качества связи, расширению полосы пропускания беспроводной сети, более стабильным соединениям и увеличению времени автономной работы.
Влияние на полупроводниковую промышленность
Поскольку этот метод совместим со стандартными процессами производства полупроводников, его можно напрямую применять к существующим электронным изделиям и разработке технологий следующего поколения. Это не только потенциально может ускорить развертывание сетей связи 5G и 6G, но и способствовать энергоэффективной модернизации квантовых вычислений, ускорителей искусственного интеллекта и центров обработки данных. Ученые-исследователи IBM также отмечают, что этот подход к гетерогенной интеграции является важнейшим решением проблемы замедления действия закона Мура, обеспечивая непрерывную миниатюризацию систем и оптимизацию энергоэффективности.
Взгляд в будущее
«Нам успешно удалось объединить отработанные технологические процессы производства кремния с высокопроизводительными характеристиками нитрида галлия (GaN)», — сказал Прадьот Ядав, аспирант Массачусетского технологического института. «Эти гибридные чипы способны произвести революцию во многих отраслях». Результаты этого исследования были продемонстрированы на симпозиуме IEEE по радиочастотным интегральным схемам. В будущем, по мере развития технологических процессов, технология гетерогенной интеграции GaN и кремния неизбежно будет способствовать популяризации высокоскоростных и энергоэффективных электронных устройств.
Источник:
- Новая технология 3D-производства микросхем делает электронные изделия быстрее и энергоэффективнее.
- ew 3D chips could make electronics faster and more energy-efficient
(首圖來源:麻省理工學院)
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
[wpb-random-posts]
