MIT nutzt Diamant-Wärmeleiter für leistungsstärkere Galliumnitrid-Funkchips

Technik und Auswirkungen

Zwar hatten MIT-Forscher zuvor bereits GaN auf Silizium und Glas gestapelt, doch kann jedes Material in einem solchen Chip bei unterschiedlichen Temperaturen arbeiten, was die Zuverlässigkeit gefährden kann. Für die neue Lösung verwendeten die Forscher ein im Labor gezüchtetes, juwelenreines Diamantmaterial.

Diamant besitzt die höchste Wärmeleitfähigkeit aller bekannten Materialien, und Fortschritte beim Wachstum in Chips nun praktikabler gemacht. Frühere Versuche, ultradünne Diamantschichten direkt auf GaN-Transistoren aufzuzüchten, erwiesen sich als schwer skalierbar und erzeugten unerwünschte Kapazitäten, die die Schaltvorgänge verlangsamen.

Stattdessen hat das ührte Team winzige GaN-Transistoren, sogenannte Dielets, in einen ultradünnen Einkristall-Diamant-Interposer eingebettet. „Durch das Einbetten dieser GaN-Transistoren in einen Diamant-Interposer können wir die Leistung des Geräts tatsächlich verbessern, anstatt sie zu verschlechtern.

Wir können das Beste aus beiden

Wir können das Beste aus beiden Welten vereinen", erklärte Yadav. Der Herstellungsprozess beginnt damit, dass ein Femtosekundenlaser GaN-Dielets aus einem Wafer ausschneidet und präzise Hohlräume in das Diamant-Substrat bohrt. Vor dem Aufbringen des Dielektrikums wird in den unteren Bereich jeder Kavität ein 20-Mikrometer-dicker Die-Attach-Film eingebracht.

Anschließend stapelt das Team dielektrische und metallische Schichten auf dem GaN und dem Diamanten, um einen funktionsfähigen Schaltkreis zu erzeugen. Mit dieser Technik bauten die Forscher einen Leistungsverstärker für drahtlose Kommunikationssysteme.

Der entwickelte Verstärker erreichte eine höhere Ausgangsleistung, einen besseren Wirkungsgrad und eine stärkere Verstärkung als jedes vergleichbare Gerät in der bisherigen Literatur, einschließlich solcher, die das Team in früheren Arbeiten entwickelt hatte.

Moegliche Anwendungen

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Technik anspruchsvolle Anwendungen wie Hochleistungsradare, Satellitenkommunikation und industrielle Drohnen unterstützen kann.

Zudem könnte sie zur Wärmeabfuhr in Systemen eingesetzt werden, die Energie in Rechenzentren umwandeln, wodurch die allgemeine Energieeffizienz verbessert wird. ### SvyTech-Einordnung Die Entwicklung markiert einen wichtigen Meilenstein für die Realisierung von 3D-integrierten Systemen, da sie das kritische Problem des Wärmemanagements bei Hochleistungs-GaN-Chips adressiert.

Durch die Nutzung nicht nur die thermische Leistungsfähigkeit gesteigert, sondern auch die elektrische Integrität durch die Vermeidung unerwünschter Kapazitäten gesichert.

Dies ist eine Voraussetzung für die

Dies ist eine Voraussetzung für die kommerzielle Nutzung nächsten Generation. ### Was Leser daraus mitnehmen Für die Nutzer zukünftiger Geräte bedeutet diese Technologie potenziell schnellere Datenübertragungsraten, längere Akkulaufzeiten bei mobilen Endgeräten und eine höhere Stabilität.

Die verbesserte Wärmeableitung ermöglicht es Herstellern, kompaktere und leistungsfähigere Chips zu bauen, ohne auf Kompromisse bei der Zuverlässigkeit eingehen zu müssen.