美国实验室氮化镓芯片新突破：雷达有望更便宜、更强悍

该新型集成方法与现有半导体制造设施兼容良好，采用标准流程和低温铜键合工艺。

麻省理工学院（MIT）与多家合作机构的研究人员开发出一种新型制造工艺，可将高性能氮化镓（GaN）晶体管集成到标准的硅基CMOS芯片上。

该方法解决了以往与氮化镓相关的高成本和特殊集成要求等难题，使其在各种电子应用中的使用门槛大大降低。

研究人员在新闻稿中表示：“氮化镓是继硅之后全球应用第二广泛的半导体材料，其独特性能使其成为照明、雷达系统和功率电子等应用的理想选择。” “这种材料已存在数十年，但要充分发挥其最大性能，需要将氮化镓制成的芯片连接到硅制成的数字芯片，即CMOS芯片上。”

制造众多微型氮化镓晶体管

该团队的工艺首先在氮化镓晶圆上制造出许多微小的氮化镓晶体管。每个晶体管（或称“微型芯片”，尺寸为240 x 410微米）随后被分离出来，并键合到硅芯片上。

这一键合过程采用低温铜键合工艺进行，可同时保持两种材料的功能性。在硅芯片上仅添加少量氮化镓，既能保持整体成本低廉，又能通过紧凑、高速的晶体管显著提升性能。将这些独立的氮化镓晶体管分布在硅芯片上也有助于降低系统温度。

展示：高性能功率放大器

为证明其方法的有效性，研究人员构建了手机中的关键部件 —— 功率放大器。该放大器与使用传统硅晶体管的器件相比，展现出更好的信号强度和效率。这有望提升智能手机的通话质量、增加无线带宽、改善连接性并延长电池续航时间。

描述该方法的论文第一作者、麻省理工学院研究生普拉迪奥特·亚达夫（Pradyout Yadav）强调了这种混合芯片技术的优势。他总结道：“如果我们能降低成本、提高可扩展性，同时还能提升电子设备的性能，那么采用这项技术显然是明智之举。” “我们将硅基芯片的现有优势与最优秀的氮化镓电子技术相结合。这些混合芯片有望彻底改变许多商业市场。”

兼容标准流程

这种新型集成方案与标准的半导体代工厂兼容。它采用标准流程和低温铜键合工艺，避免了使用昂贵的金和可能损坏常规设备的高温。

这种兼容性意味着该方法不仅能改进现有电子产品，也能惠及未来技术。研究人员还认为，由于氮化镓在某些类型量子计算所需的低温环境下表现优异，这种集成方案也有望支持量子应用。

氮化镓是一种应用广泛的半导体，其特性特别适合用于照明、雷达系统和功率电子领域。

以可扩展的方式将高性能氮化镓晶体管集成到硅芯片上的能力，使得氮化镓的应用范围得以拓宽。高性能功率放大器的成功制造，则表明该技术在无线通信及其他领域具有立即可见的潜力。

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