İhtilal niteliğinde: MIT, GaN transistörleri silikonla birleştiriyor

MIT (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü) liderliğindeki bir takım, galyum nitrat (GaN) transistörlerini direkt silikon çiplere entegre eden düşük maliyetli ve ölçeklenebilir bir yöntem geliştirdi. Bu formül, GaN teknolojisinin önündeki maliyet ve üretim mahzurlarını aşmak ismine kilometre taşı niteliğinde olabilir. 

MIT, GaN transistörleri silikon çiplere entegre etti

Kaçıranlar için GaN, yüksek frekanslı sinyaller, güç yükselticiler ve bilgi merkezi uygulamaları için kritik bir yarı iletken pozisyonunda. Fakat GaN tabanlı transistörleri mevcut CMOS yongalara eklemek için tüm GaN levhasını altın orta katmanlarla 600 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda silikona yapıştırmak gerekiyor; bu sistem hem materyal israfı yaratıyor hem de termal tansiyon yüzünden verimi düşürüyor. Yeni usul ise bu sıkıntıları ortadan kaldırabilir.

Yeni çalışma, her GaN transistörüne eklenen bakır sütunların, silikon çip üzerindeki bakır yapılarla 400°C’nin altındaki sıcaklıklarda kenetlenmesini sağlıyor. Altın yerine kullanılan bakır, sadece maliyeti düşürmekle kalmıyor, tıpkı vakitte daha yüksek elektrik iletkenliği sağlıyor. Üstelik bu sıcaklık düzeyi, hassas yarı iletkenlerin ziyan görmemesi açısından epeyce kritik.

Termal problemler ortadan kalkıyor

Araştırma takımı, geliştirdikleri yeni usulle üretilen hibrit çipleri kullanarak bir güç amplifikatörü tasarladı. Bu amplifikatör, bant genişliği ve sinyal gücü bakımından klasik silikon tabanlı muadillerini geride bıraktı. Kompakt tasarım, ısınma meselelerini da kıymetli ölçüde azaltıyor.

Uzmanlara nazaran bu teknoloji, sadece data merkezleri ve kablosuz irtibat alanlarında değil; gelecekte kuantum bilgisayarlar gibi çok daha hassas uygulamalarda da kullanılabilecek potansiyele sahip. GaN’ın düşük sıcaklıklardaki kararlı performansı, bilhassa bu alanda silikonun önüne geçmesini sağlayabilir.

Çalışmanın yürütücülerinden MIT doktora öğrencisi Pradyot Yadav, amaçlarının GaN ve silikonun en âlâ taraflarını bir ortaya getirirken, üretim ölçeklenebilirliğini ve maliyet verimliliğini korumak olduğunu söyledi. Şu an için yeni proje, ABD Savunma Bakanlığı ve Yarı İletken Araştırma Kurumu tarafından finanse ediliyor. Takımın bir sonraki maksadı, tıpkı tekniği kullanarak yüzlerce transistörlü prototip yongalar ve milimetrik-dalga güç modülleri üretmek; böylelikle seri üretim çizgisine geçişin teknik fizibilitesi kanıtlanmış olacak.