Diamantem k revoluci v bezdrátové komunikaci: Čipy z MIT pro 6G budou rychlejší a úspornější

Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) a dalších institucí vyvinuli novou techniku výroby čipů, která by mohla výrazně zrychlit, zefektivnit a snížit energetickou náročnost budoucích bezdrátových systémů.

Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) a dalších institucí vyvinuli novou techniku výroby čipů, která by mohla výrazně zrychlit, zefektivnit a snížit energetickou náročnost budoucích bezdrátových systémů. Jádrem inovace je integrace tranzistorů z nitridu gallia (GaN) do ultratenké diamantové vrstvy, která funguje jako efektivní rozvaděč tepla přímo uvnitř čipu.

Nitrid gallia je považován za slibnou alternativu k křemíku pro náročné bezdrátové aplikace, jako jsou 6G sítě a satelitní komunikace. Zatímco křemík, základ většiny počítačových čipů, má zásadní limity v tom, kolik energie dokáže zpracovat, GaN zvládá vyšší rychlosti a energetické úrovně. Jeho hlavním problémem je však generování tepla, které vytváří lokální horká místa a snižuje spolehlivost a výkon. Nová metoda s diamantem tento problém řeší tím, že normalizuje teplotu napříč zařízením, což umožňuje tranzistorům dosáhnout maximálního výkonu bez snížení spolehlivosti.

Tato práce navazuje na systémy heterogenní integrace, kde jsou různé materiály vrstveny do jednoho balíčku, aby se využily silné stránky každého z nich. Diamant má nejvyšší tepelnou vodivost ze všech známých materiálů a pokroky v růstu monokrystalických diamantových destiček jeho použití v čipech výrazně usnadnily. Namísto dřívějších pokusů o pěstování ultratenkých diamantových vrstev na tranzistorech GaN, které byly obtížně škálovatelné a zaváděly nežádoucí kapacity, tým z MIT vložil drobné GaN tranzistory, nazývané dielety, do ultratenkého monokrystalického diamantového interposeru. Tento proces začíná řezáním GaN dieletů femtosekundovým laserem a vrtáním přesných dutin do diamantového substrátu, kam jsou dielety následně vloženy.

S použitím této metody vědci sestrojili výkonový zesilovač pro bezdrátovou komunikaci, který dosáhl vyššího výstupního výkonu, účinnosti a zisku než jakékoli podobné zařízení v literatuře. Tato technologie by mohla najít uplatnění v široké škále náročných aplikací, včetně vysoce výkonných radarů, vesmírné komunikace a průmyslových dronů. Dále by mohla zlepšit energetickou účinnost systémů pro konverzi energie v datových centrech. Pradyot Yadav, jeden z hlavních autorů studie, zdůrazňuje, že spolehlivost a tepelný management byly klíčovými výzvami, které se nyní podařilo překonat, což otevírá cestu k masovému nasazení těchto systémů.