Tim MIT menggunakan berlian untuk mendinginkan chip galium-nitrida untuk meningkatkan elektronik nirkabel
Para peneliti di MIT dan tempat lain telah mengembangkan teknik pembuatan chip yang dapat membantu sistem nirkabel masa depan menjadi lebih cepat, lebih bertenaga, dan lebih hemat energi. Tim tersebut menanamkan transistor galium nitrida ke dalam lapisan berlian yang sangat tipis, sehingga berlian tersebut dapat bertindak sebagai penyebar panas di dalam chip. Pendekatan ini membantu menormalkan suhu di seluruh perangkat, membiarkan transistor mendekati kinerja puncak tanpa mengurangi keandalan. Alternatif yang menjanjikan Gallium nitride, atau GaN, dipandang sebagai alternatif yang menjanjikan untuk silikon untuk aplikasi nirkabel yang menuntut seperti 6G dan komunikasi satelit. Silikon, yang menjadi dasar sebagian besar chip komputer, memiliki batasan mendasar dalam hal seberapa besar daya yang dapat dikelolanya. GaN dapat menangani kecepatan dan tingkat energi yang lebih tinggi, namun panas tetap menjadi kendala utama. Karena semakin banyak transistor GaN yang ditempatkan di area yang lebih kecil pada chip silikon, titik panas yang terlokalisasi dapat menurunkan keandalan dan menghambat kinerja. Metode baru berbasis berlian dirancang untuk mengatasi hambatan tersebut. “Tidak ada satu material pun yang dapat melakukan semuanya dengan baik pada perangkat nirkabel, sehingga sistem 3D yang terintegrasi secara heterogen ini akan tetap ada,” kata Pradyot Yadav, penulis utama makalah tentang kemajuan ini. “Tantangan utama yang tersisa adalah keandalan dan manajemen termal, dan kami mungkin kini telah membuka langkah terakhir yang kami perlukan untuk membuat sistem ini beroperasi pada skala dan volume tinggi,” tambahnya. Desain chip multimaterial untuk sistem nirkabel yang lebih cepat Pekerjaan ini dibangun pada sistem yang terintegrasi secara heterogen, di mana beberapa material ditumpuk menjadi satu paket untuk menggunakan kekuatan masing-masing material. Peneliti MIT sebelumnya telah menumpuk GaN pada silikon dan kaca untuk menciptakan chip berperforma lebih tinggi. Namun, setiap bahan dalam chip tersebut dapat beroperasi pada suhu yang berbeda, sehingga dapat mempengaruhi keandalan. Para peneliti menggunakan berlian tingkat perhiasan yang dikembangkan di laboratorium. Berlian memiliki konduktivitas termal tertinggi dibandingkan bahan apa pun yang diketahui, dan kemajuan dalam pertumbuhan wafer berlian kristal tunggal telah membuat penggunaannya dalam chip menjadi lebih layak dilakukan. Pekerjaan sebelumnya melibatkan pertumbuhan lapisan berlian ultra tipis di atas transistor GaN. Namun proses tersebut sulit untuk diukur dan dapat menimbulkan kapasitansi yang tidak diinginkan sehingga memperlambat pengoperasian rangkaian. Sebaliknya, tim yang dipimpin MIT menyematkan transistor GaN kecil, yang disebut dietet, ke dalam interposer berlian kristal tunggal yang sangat tipis. Menanamkan transistor ke dalam berlian “Dengan menempatkan transistor GaN ini ke dalam interposer berlian, kami sebenarnya dapat meningkatkan kinerja perangkat, bukan menurunkannya. Kita bisa mendapatkan yang terbaik dari kedua hal tersebut,” kata Yadav. Prosesnya dimulai dengan laser femtosecond yang memotong dietet GaN dari wafer dan mengebor rongga yang tepat ke dalam substrat berlian. Film die attachment berukuran 20 mikron ditempatkan di bagian bawah setiap rongga sebelum dietet ditambahkan. Tim benchmark baru untuk chip GaN kemudian menumpuk lapisan dielektrik dan logam di atas GaN dan berlian untuk membuat sirkuit yang berfungsi. Dengan menggunakan metode tersebut, para peneliti membangun power amplifier untuk komunikasi nirkabel. Penguat tersebut mencapai daya keluaran, efisiensi, dan penguatan yang lebih tinggi dibandingkan perangkat serupa yang ditemukan para peneliti dalam literatur, termasuk yang mereka rancang pada penelitian sebelumnya. Hasilnya menunjukkan bahwa teknik ini dapat mendukung aplikasi yang menuntut seperti radar berkekuatan tinggi, komunikasi ruang angkasa, dan drone industri. Teknologi ini juga dapat digunakan untuk mengelola panas dalam sistem yang mengubah daya di pusat data, sehingga meningkatkan efisiensi energi.
Diterbitkan : 2026-06-08 14:05:00
sumber : interestingengineering.com
