近日，麻省理工學(xué)院（MIT）的研究團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)重大技術(shù)突破，開發(fā)出一種創(chuàng)新的制造工藝，能夠?qū)⒏咝阅艿墸℅aN）晶體管與標(biāo)準(zhǔn)硅芯片進(jìn)行三維集成。這一成果有望顯著提升高頻應(yīng)用（如視頻通話和實(shí)時(shí)深度學(xué)習(xí)）的性能表現(xiàn)，為半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展開辟新的道路。
圖片來源：麻省理工學(xué)院新聞
鑒于氮化鎵高昂的成本以及與硅基芯片的兼容性問題，MIT團(tuán)隊(duì)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。
這一新技術(shù)的關(guān)鍵在于“分而治之”的策略。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了專用工具，利用真空吸附和納米級(jí)定位技術(shù)，將dielet與硅基板的銅柱接口精確對(duì)齊，并在400攝氏度以下完成低溫鍵合。與傳統(tǒng)的金焊工藝相比，銅柱結(jié)合不僅成本更低，而且導(dǎo)電性更優(yōu)，同時(shí)完全兼容現(xiàn)有的半導(dǎo)體生產(chǎn)線。
在實(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)度和能效方面均超越了傳統(tǒng)的硅基器件。這種混合芯片能夠顯著提升智能手機(jī)的通話質(zhì)量、帶寬和續(xù)航能力，同時(shí)降低系統(tǒng)的發(fā)熱。這種將硅基數(shù)字芯片與氮化鎵優(yōu)勢(shì)相結(jié)合的混合芯片，有望在通信、數(shù)據(jù)中心及量子計(jì)算等領(lǐng)域引發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命。
IBM的科學(xué)家Atom Watanabe對(duì)這一成果給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為它“重新定義了異質(zhì)集成的邊界，為下一代系統(tǒng)的微型化和能效優(yōu)化樹立了新的標(biāo)桿”。這一突破不僅展示了氮化鎵在高頻應(yīng)用中的巨大潛力，也為未來半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展提供了新的方向和思路。
（集邦化合物半導(dǎo)體整理）
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