Нитрид галлия (GaN) — перспективный материал для мощной электроники и скоростной связи, но его внедрение тормозит высокая цена и сложность интеграции с кремнием. Ученые из MIT нашли способ встраивать GaN-транзисторы в обычные кремниевые чипы дешево и без потерь в производительности.

Транзистор — микроскопический «выключатель», управляющий током в чипе. Чем он меньше и быстрее, тем мощнее процессор или четче сигнал. В GaN-транзисторах электроны движутся в 1000 раз быстрее, чем в кремниевых.

Их метод прост: на пластине GaN создают множество микроскопических транзисторов, вырезают каждый лазером (размером 240×410 микрон — это как пылинка с медными «ножками») и прикрепляют только нужное количество к кремниевой подложке. Медь вместо золота позволяет снизить температуру спайки до 400°C, что безопасно для обоих материалов.

В результате чипы работают быстрее, греются меньше, а стоят копейки — GaN-слой тоньше волоса. Например, усилитель сигнала для смартфонов на таких гибридных чипах дает более четкую связь, дольше держит заряд и меньше «тормозит» в перегруженных сетях.

Мы взяли лучшее от кремния и нитрида галлия, — говорит Прадьот Ядав, ведущий автор исследования.

Почему это важно:

• GaN выдерживает высокие частоты и температуры, но раньше его применение упиралось в дороговизну.
• Новый метод совместим с текущими производственными линиями — фабрикам не придется перестраиваться.

Пока технология проверена только на усилителях. Придется ждать тестов в других устройствах, например, в квантовых компьютерах, где GaN перспективен для работы при сверхнизких температурах.

Исследование решает две ключевые проблемы: цену и масштабируемость. GaN-чипы могли бы резко ускорить 5G-сети, снизить энергопотребление дата-центров или улучшить радары электромобилей. Но главное — метод позволяет «докручивать» уже существующие кремниевые чипы без их полной замены. Это как установить турбину на старый двигатель, чтобы он летал.

Авторы не уточняют, как метод поведет себя при массовом производстве. Лазерная резка и ювелирная точность позиционирования — это пока лабораторные условия. Если для каждого чипа потребуется час калибровки, стоимость взлетит.

Ранее стало известно о совместной работе НИЯУ МИФИ и Пекинского университета над проектами в области физики.