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氮化鎵與硅“聯(lián)姻”:新3D半導(dǎo)體工藝探索突破摩爾定律新路徑
文章來源:永阜康科技 更新時(shí)間:2025/6/23 10:50:00
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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(zhǎng)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”。

 
 
 
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