美国麻省理工学院的研究人员开发了一种芯片制造技术，有望帮助未来的无线系统实现更快、更强大、更节能。该团队将氮化镓晶体管嵌入超薄金刚石层中，使金刚石能够作为芯片内部的散热层。这种方法有助于使器件温度趋于均匀，从而使晶体管在不降低可靠性的前提下达到最佳性能。
氮化镓（GaN）被视为替代硅的一种很有前景的方案，适用于6G和卫星通信等高要求的无线应用。硅是大多数计算机芯片的基础材料，但其功率处理能力存在根本性的限制。氮化镓可以处理更高的速度和能量水平，但散热仍然是一个主要障碍。
随着越来越多的氮化镓晶体管被集成到硅芯片上更小的区域，局部热点会降低可靠性并阻碍性能。这种基于金刚石的新型方法旨在解决这一瓶颈问题。
该项研究成果的第一作者普拉迪奥特·亚达夫表示：“没有一种单一材料能够完美胜任无线设备的所有功能，因此这种3D异质集成系统将会长期存在。关键挑战在于可靠性和热管理，而我们现在可能已经攻克了实现这些系统大规模量产所需的最后一步。”
这项研究基于异质集成系统，将多种材料堆叠在一个封装中，以充分发挥每种材料的优势。麻省理工学院的研究人员此前曾将氮化镓堆叠在硅和玻璃上，以制造高性能芯片。然而，这种芯片中的每种材料的工作温度可能不同，这会影响可靠性。
研究人员使用了一种实验室培育的珠宝级钻石。钻石是已知材料中导热系数最高的，单晶钻石晶片生长技术的进步使其在芯片中的应用更加可行。
早期的研究涉及在氮化镓晶体管上生长超薄钻石层。但这种方法难以规模化，而且会引入不必要的电容，从而降低电路运行速度。
因此，由麻省理工学院领导的研究团队将被称为“芯片”（dielets）的微型氮化镓晶体管嵌入到超薄单晶金刚石中介层中。该工艺首先使用飞秒激光从晶圆上切割氮化镓芯片，并在金刚石衬底上钻出精确的空腔。在添加芯片之前，在每个空腔底部放置一层20微米的芯片黏合膜。
随后，研究团队在氮化镓和金刚石上堆叠介电层和金属层，从而创建出一个工作电路。利用这种方法，研究人员构建了一个用于无线通信的功率放大器。
该放大器实现了比研究人员在文献中发现的任何类似器件更高的输出功率、效率和增益，包括他们之前设计的一种器件。
结果表明，该技术可以支持高功率雷达、空间通信和工业无人机等高要求应用。它还可以用于管理数据中心电力转换系统中的热量，从而提高能源效率。（航柯）
