Los límites del silicio, que es la base de la mayoría de los chips de computadora, afectan la velocidad y eficiencia energética de los sistemas de comunicación inalámbrica. Una solución prometedora es el uso de transistores de nitruro de galio, un material avanzado capaz de soportar las exigencias de aplicaciones inalámbricas como 6G y comunicaciones satelitales.
A pesar de su potencial, una gran parte de la energía en los transistores se convierte en calor, lo que puede degradar la fiabilidad y el rendimiento. Al aumentar la densidad de transistores de nitruro de galio en un chip de silicio, se generan puntos calientes que afectan negativamente su funcionamiento.
Innovación en la gestión del calor
Un equipo del MIT ha encontrado una solución al incrustar transistores de nitruro de galio en una capa ultrafina de diamante, que actúa como un dispersor de calor, normalizando la temperatura y permitiendo que los transistores alcancen su rendimiento óptimo.
Esta técnica se utilizó para fabricar un amplificador de potencia para comunicaciones inalámbricas, superando a todos los amplificadores similares revisados en la literatura. Aunque el proceso de fabricación es extremadamente preciso y requiere la integración de diferentes sistemas de materiales, es escalable para aplicaciones comerciales.
Pradyot Yadav, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en el MIT y autor principal de un artículo sobre este avance, comenta que “ningún material único puede hacer todo bien en un dispositivo inalámbrico, por lo que estos sistemas integrados heterogéneamente están aquí para quedarse”.
Métodos multimateriales para la eficiencia energética
Para crear dispositivos electrónicos más rápidos y eficientes, los investigadores están explorando sistemas integrados heterogéneamente donde se apilan múltiples materiales para aprovechar las propiedades beneficiosas de cada uno. Anteriormente, investigadores del MIT apilaron nitruro de galio (GaN) sobre silicio y vidrio para mejorar el rendimiento de los chips.
Sin embargo, en un chip integrado heterogéneamente, cada material tiene una temperatura de funcionamiento diferente, lo que puede afectar la fiabilidad del dispositivo electrónico. “Si podemos incorporar un material que gestione el calor, mejoraremos la fiabilidad de todo el chip 3D”, explica Yadav.
Utilizando diamante cultivado en laboratorio, que posee la mayor conductividad térmica conocida, los investigadores han logrado reducir significativamente el costo de los wafers de diamante de un solo cristal, facilitando su uso en chips de computadora.
