氮化镓与硅“联姻”：新 3D 半导体工艺探索突破摩尔定律新路径

麻省理工学院（MIT）的研究团队开发出一种低成本、可扩展的制造技术，可将高性能氮化镓（GaN）晶体管集成到标准硅芯片上，从而提升高频应用（如视频通话、实时深度学习）的性能表现。

氮化镓是继硅之后全球第二大半导体材料，因其高频、高效特性，被广泛用于雷达、电源电子等领域。然而，其高昂成本及与硅基芯片的兼容性难题，长期限制了商业化应用。

MIT 团队为此提出了新制造方案，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。

新技术的核心是“分而治之”策略。团队开发专用工具，利用真空吸附与纳米级定位，对齐 dielet 与硅基板的铜柱接口，400 摄氏度以下完成低温键合。

相比传统金焊工艺，铜柱结合成本更低、导电性更优，且兼容现有半导体产线。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）在无线信号强度与能效上超越硅基器件，可提升智能手机通话质量、带宽及续航，并降低系统发热。

MIT News 媒体观点，该技术为突破摩尔定律瓶颈提供了新路径，通过三维集成氮化镓与硅芯片，未来可整合射频前端、AI 加速器等模块，推动“天线至 AI”的统一平台发展。

论文共同作者 Pradyot Yadav 表示，这种“硅基数字芯片与氮化镓优势结合”的混合芯片，可能颠覆通信、数据中心及量子计算领域。

IBM 科学家 Atom Watanabe 评价，该成果“重新定义了异质集成的边界，为下一代系统小型化与能效优化树立标杆”。