Yüksek süratli elektronik cihazların karşılaştığı mühim bir engelin üstesinden gelebilecek yeni bir teknik geliştirildi. Massachusetts Institute of Technology (MIT), Georgia Tech ve ABD Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı’ndan araştırmacıların ortak çalışmasıyla, galyum nitrür (GaN) transistörler ilk defa doğrudan geleneksel silikon çipler üzerine yerleştirildi. Bu atılım, gelecek nesil cihazlar için hem sinyal kuvvetini yükselterek hem de ısı oluşumunu düşürerek yeni bir kapı aralıyor.
Yüksek frekanslı veri aktarımı ve enerji verimliliği alanlarındaki yüksek performansıyla tanınan bir yarı iletken olan galyum nitrür, şimdiye dek pek çok alanda, mobil baz istasyonlarından veri merkezlerine kadar, kullanılıyordu. Ancak, bu malzemenin geniş çapta benimsenmesinin önündeki en büyük engeller yüksek üretim maliyetleri ve imalat sürecindeki zorluklardı. MIT’nin liderliğindeki bu yeni yaklaşım, söz konusu soruna hem pratik hem de maliyet açısından etkin bir çözüm sunuyor. GaN transistörlerin yalnızca gerekli bölgelere silikon çipler üzerine entegre edilmesiyle, araştırmacılar hem malzeme sarfiyatını en aza indirmeyi hem de genel masrafları önemli ölçüde kısmayı başardı.
Bu yeni metodun temel prensibi, her biri yalnızca birkaç yüz mikron boyutundaki GaN transistörlerini, bir silikon çipin üzerine hassas bir şekilde tek tek yerleştirmeye dayanıyor. Süreçte, hem GaN transistörlerin hem de silikon çipin üzerinde yer alan mikroskobik bakır sütunlardan faydalanılıyor. Bu sütunlar birbiriyle hizalandıktan sonra, 400°C’nin altındaki bir sıcaklıkta gerçekleştirilen bir bağlama işlemiyle birbirine entegre ediliyor. Düşük sıcaklıkta çalışılması, aynı zamanda hassas yarı iletken bileşenlerin yapısal bütünlüğünün korunmasını ve zarar görmesini engelliyor.
Geçmişte kullanılan maliyetli ve yüksek sıcaklık gerektiren altının aksine, bu teknikte bakırın tercih edilmesi önemli avantajlar sunmaktadır; zira bakır hem daha ekonomiktir hem de çok daha üstün bir elektriksel iletkenliğe sahiptir. Bu incelikli operasyonu hayata geçirmek amacıyla, MIT’deki ekip tarafından vakumlu emiş prensibiyle çalışan özel bir yerleştirme cihazı da tasarlandı.
ARTAN PERFORMANS VE ETKİN SOĞUTMA
Bu yeni imalat tekniği ile üretilen hibrit çipler üzerinde gerçekleştirilen ilk denemeler, geleneksel silikon çiplere oranla dikkat çekici sonuçlar ortaya koydu. Testlerde hem daha geniş bir bant aralığı hem de daha kuvvetli bir sinyal gücü gözlemlendi. Ek olarak, çipin yoğun yapısı sayesinde ısı dağılımı çok daha verimli bir şekilde gerçekleşiyor. Bu durum, yüksek performanslı elektronik sistemlerde yaygın olarak karşılaşılan aşırı ısınma problemine doğrudan bir çözüm sağlıyor.
Bu teknolojinin potansiyelinin mobil iletişim ve veri merkezlerinin ötesine uzandığı araştırmacılar tarafından öngörülüyor. Özellikle galyum nitrürün (GaN) düşük sıcaklıklarda sergilediği yüksek verimlilik, geleceğin kuantum bilgisayar sistemlerinin geliştirilmesinde de kilit bir rol üstlenebileceğine işaret ediyor.