麻省理工學(xué)院（MIT）的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種低成本、可擴(kuò)展的制造技術(shù)，可將高性能氮化鎵（GaN）晶體管集成到標(biāo)準(zhǔn)硅芯片上，從而提升高頻應(yīng)用（如視頻通話、實(shí)時(shí)深度學(xué)習(xí)）的性能表現(xiàn)。
氮化鎵是繼硅之后全球第二大半導(dǎo)體材料，因其高頻、高效特性，被廣泛用于雷達(dá)、電源電子等領(lǐng)域。然而，其高昂成本及與硅基芯片的兼容性難題，長期限制了商業(yè)化應(yīng)用。
MIT 團(tuán)隊(duì)為此提出了新制造方案，在氮化鎵晶圓表面密集制造微型晶體管，切割成僅 240×410 微米的獨(dú)立單元（稱“dielet”），再通過銅柱低溫鍵合技術(shù)，精準(zhǔn)嵌入硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）芯片。
新技術(shù)的核心是“分而治之”策略。團(tuán)隊(duì)開發(fā)專用工具，利用真空吸附與納米級(jí)定位，對(duì)齊 dielet 與硅基板的銅柱接口，400 攝氏度以下完成低溫鍵合。
相比傳統(tǒng)金焊工藝，銅柱結(jié)合成本更低、導(dǎo)電性更優(yōu)，且兼容現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)線。實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)制作的功率放大器芯片（面積不足 0.5 平方毫米）在無線信號(hào)強(qiáng)度與能效上超越硅基器件，可提升智能手機(jī)通話質(zhì)量、帶寬及續(xù)航，并降低系統(tǒng)發(fā)熱。
援引 MIT News 媒體觀點(diǎn)，該技術(shù)為突破摩爾定律瓶頸提供了新路徑，通過三維集成氮化鎵與硅芯片，未來可整合射頻前端、AI 加速器等模塊，推動(dòng)“天線至 AI”的統(tǒng)一平臺(tái)發(fā)展。
論文共同作者 Pradyot Yadav 表示，這種“硅基數(shù)字芯片與氮化鎵優(yōu)勢(shì)結(jié)合”的混合芯片，可能顛覆通信、數(shù)據(jù)中心及量子計(jì)算領(lǐng)域。
IBM 科學(xué)家 Atom Watanabe 評(píng)價(jià)，該成果“重新定義了異質(zhì)集成的邊界，為下一代系統(tǒng)小型化與能效優(yōu)化樹立標(biāo)桿”。 |
