На протяжении нескольких десятилетий кремний остается основным элементом для создания электронных компонентов. Его запасы велики, стоит он дешево, а производственный процесс понятен и хорошо изучен, но это вовсе не значит, что кремний всегда будет оставаться лучшим выбором.
Электроны проходят через арсенид галлия быстрее, чем через кремний, что делает этот материал более подходящим для чипов, которые управляют данными на очень высоких скоростях или транслируют высокочастотные радиосигналы. Солнечные панели на основе арсенида галлия эффективнее кремниевых преобразуют солнечную энергию в электрическую.
Однако арсенид галлия дорог. «Диск диаметром 20 см, на котором монтируются чипы и панели, стоит около 5 тыс. долл., тогда как аналогичная кремниевая подложка обходится всего в 5 долл.», – отметил Аниш Найани, преподающий кремниевое производство в Стэнфордском университете.
Новый производственный метод не удешевит подложки, но обеспечит возможность их 50- или даже 100-кратного использования, что значительно уменьшит стоимость микросхем и откроет перспективы для более широкого применения арсенида галлия.
Происходит это следующим образом. Подложка из арсенида галлия покрывается тонким временным рабочем слоем из особого материала. Поверх него наносится слой материала, поглощающего инфракрасное излучение, а затем — еще один временный слой. И наконец, поверх всех трех слоев размещается тонкий слой арсенида галлия. Цель процесса — сформировать микросхемы именно в этом тонком слое, а не в более массивной подложке.
На следующем этапе верхний рабочий слой протравливается, и панель разбивается на отдельные чипы. Затем инфракрасный лазер разрушает поглощающий инфракрасное излучение слой, и чипы отделяются от подложки. После очистки подложку можно использовать для нанесения очередной порции микросхем.
Видеодемонстрация этого процесса опубликована исследователями из Стэнфордского университета на сайте YouTube.
Поскольку микросхемы размещаются на тонком слое арсенида галлия, а не на самой подложке, их производство обходится дешевле. Дополнительным преимуществом является большая гибкость производственного процесса.
Стэнфордский университет уже подал заявку на регистрацию патента и ведет переговоры с производителями полупроводниковых компонентов о предоставлении им лицензий на тестирование, а в конечном итоге и на коммерческое производство.