Учёные из Массачусетского технологического института нашли способ совместить два ключевых материала для электроники — кремний и нитрид галлия. Это открытие обещает ускорить работу чипов и снизить их стоимость, что может серьёзно изменить облик современной техники — от смартфонов до квантовых компьютеров.
Нитрид галлия (GaN) — перспективный полупроводниковый материал, способный работать на высоких частотах и при экстремальных температурах. Он широко применяется в системах освещения, радарах и мощной электронике. Однако из-за высокой стоимости и сложной интеграции с кремнием его массовое использование до сих пор было ограничено.
Решение этой проблемы предложили инженеры MIT. Вместо того чтобы использовать целую пластину GaN, они разработали способ установки отдельных микротранзисторов из нитрида галлия непосредственно на стандартный кремниевый чип. Размер каждого элемента — всего 240 на 410 микрон. Для соединения используются медные контакты, что позволяет избежать дорогостоящего золота и высоких температур, характерных для других методов.
Весь процесс выполняется с использованием низкотемпературной технологии, которая не повреждает материалы и совместима с современными производственными линиями. Более того, для установки этих микротранзисторов разработано специальное устройство, способное с высокой точностью размещать компоненты на кремниевом чипе.
Эта технология позволила исследователям создать новый усилитель мощности — ключевой элемент радиочастотных схем. Он показал значительно лучшие характеристики по сравнению с кремниевыми аналогами: выше мощность, шире полоса частот и меньшие энергопотери. По мнению авторов, такая схема может применяться в мобильной связи, ускоряя передачу данных и снижая энергопотребление.
Особенность нового метода в том, что он не требует полного перехода на GaN — достаточно нескольких микротрaнзисторов, чтобы добиться существенного прироста производительности. Это делает технологию недорогой и масштабируемой, а её потенциал простирается до квантовых вычислений, где GaN эффективнее кремния при сверхнизких температурах.
«Мы объединили лучшее из двух миров — производительность GaN и доступность кремния», — заявил руководитель проекта Прадиот Ядав.
Исследование было представлено на симпозиуме IEEE по радиочастотным интегральным схемам и поддержано Министерством обороны США и DARPA.
