麻省理工学院推出氮化镓与硅芯片3D集成新技术_电子应用

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2025-06-24 18:09:27

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近日，麻省理工学院（MIT）的研究团队取得了一项重大技术突破，开发出一种创新的制造工艺，能够将高性能氮化镓（GaN）晶体管与标准硅芯片进行三维集成。这一成果有望显著提升高频应用（如视频通话和实时深度学习）的性能表现，为半导体技术的发展开辟新的道路。

图片来源：麻省理工学院新闻

鉴于氮化镓高昂的成本以及与硅基芯片的兼容性问题，MIT团队提出了新制造方案，在氮化镓晶圆表面密集制造微型晶体管，切割成仅240×410微米的独立单元（称“dielet”），再通过铜柱低温键合技术，精准嵌入硅互补金属氧化物半导体（CMOS）芯片。

这一新技术的关键在于“分而治之”的策略。研究团队开发了专用工具，利用真空吸附和纳米级定位技术，将dielet与硅基板的铜柱接口精确对齐，并在400摄氏度以下完成低温键合。与传统的金焊工艺相比，铜柱结合不仅成本更低，而且导电性更优，同时完全兼容现有的半导体生产线。

在实验中，团队制作的功率放大器芯片（面积不足0.5平方毫米）在无线信号强度和能效方面均超越了传统的硅基器件。这种混合芯片能够显著提升智能手机的通话质量、带宽和续航能力，同时降低系统的发热。这种将硅基数字芯片与氮化镓优势相结合的混合芯片，有望在通信、数据中心及量子计算等领域引发一场技术革命。

IBM的科学家Atom Watanabe对这一成果给予了高度评价，认为它“重新定义了异质集成的边界，为下一代系统的微型化和能效优化树立了新的标杆”。这一突破不仅展示了氮化镓在高频应用中的巨大潜力，也为未来半导体技术的发展提供了新的方向和思路。

（文/集邦化合物半导体整理）

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