Los nuevos chips 3D podrían hacer que los dispositivos electrónicos sean más rápidos

El nitruro de galio, un material semiconductor avanzado, probablemente será clave para la próxima generación de sistemas de comunicación de alta velocidad y la electrónica de potencia necesaria para los centros de datos de vanguardia.

Desafortunadamente, el alto costo del nitruro de galio (GaN) y la especialización requerida para incorporar este material semiconductor a la electrónica convencional han limitado su uso en aplicaciones comerciales.

Ahora, investigadores del MIT y de otras instituciones han desarrollado un nuevo proceso de fabricación que integra transistores de GaN de alto rendimiento en chips CMOS de silicio estándar de forma económica, escalable y compatible con las fundiciones de semiconductores existentes.

Su método consiste en construir muchos transistores diminutos en la superficie de un chip de GaN, recortar cada transistor individualmente y luego unir solo la cantidad necesaria de transistores a un chip de silicio mediante un proceso de baja temperatura que preserva la funcionalidad de ambos materiales.

El costo sigue siendo mínimo, ya que solo se añade una pequeña cantidad de GaN al chip, pero el dispositivo resultante puede obtener una mejora significativa en su rendimiento gracias a los transistores compactos de alta velocidad. Además, al separar el circuito de GaN en transistores discretos que pueden distribuirse por el chip de silicio, la nueva tecnología permite reducir la temperatura del sistema completo.

Los investigadores utilizaron este proceso para fabricar un amplificador de potencia, un componente esencial en los teléfonos móviles, que logra una mayor intensidad de señal y eficiencia que los dispositivos con transistores de silicio. En un teléfono inteligente, esto podría mejorar la calidad de las llamadas, aumentar el ancho de banda inalámbrico, optimizar la conectividad y prolongar la duración de la batería.

Dado que su método se ajusta a los procedimientos estándar, podría mejorar la electrónica actual, así como las tecnologías futuras. En el futuro, el nuevo esquema de integración podría incluso permitir aplicaciones cuánticas, ya que el GaN ofrece un mejor rendimiento que el silicio a las temperaturas criogénicas esenciales para muchos tipos de computación cuántica.

“Si podemos reducir el costo, mejorar la escalabilidad y, al mismo tiempo, optimizar el rendimiento del dispositivo electrónico, es obvio que deberíamos adoptar esta tecnología. Hemos combinado lo mejor del silicio con la mejor electrónica de nitruro de galio posible. Estos chips híbridos pueden revolucionar muchos mercados comerciales”, afirma Pradyot Yadav, estudiante de posgrado del MIT y autor principal de un artículo sobre este método.

En el artículo, colaboran con él sus compañeros de posgrado del MIT Jinchen Wang y Patrick Darmawi-Iskandar; el investigador posdoctoral del MIT John Niroula; los autores principales Ulriche L. Rodhe, científica visitante de los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas (MTL), y Ruonan Han, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) y miembro de los MTL; y Tomás Palacios, profesor Clarence J. LeBel de EECS y director de los MTL; así como colaboradores de Georgia Tech y del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea. La investigación se presentó recientemente en el Simposio de Circuitos Integrados de Radiofrecuencia del IEEE.

Información e imagen del MIT