该放大器性能优于同类无线器件。
麻省理工学院等机构的研究人员开发出一种芯片制造技术，有望使未来的无线系统变得更快、更强、更节能。
该团队将氮化镓晶体管嵌入一层超薄金刚石中，让金刚石充当芯片内部的散热层。
这种方法有助于均衡整个器件的温度，使晶体管能够在接近峰值性能的状态下工作，同时不降低可靠性。
前景广阔的替代方案
氮化镓（GaN）被视为在6G和卫星通信等高要求无线应用中替代硅材料的一个很有前景的方案。
硅是大多数计算机芯片的基础，但在可处理的功率上存在根本性限制。GaN能承受更高的速度和能量水平，但发热仍是一大障碍。
随着越来越多的GaN晶体管被高密度集成到硅芯片上越来越小的区域内，局部热点可能降低可靠性并影响性能。这种基于金刚石的新方法正是为了解决这一瓶颈。
“在无线设备中，没有哪一种单一材料能面面俱到，因此这些三维异质集成系统将成为常态，”该进展相关论文的第一作者普拉迪奥特·亚达夫说。
“剩下的关键挑战一直是可靠性和热管理，现在我们可能已经打通了让这些系统大规模、高产量运行所需的最后一步。”
面向更快无线系统的多材料芯片设计
这项工作建立在异质集成系统的基础上，这类系统将多种材料堆叠在一个封装内，以发挥各自的优势。
此前，麻省理工学院的研究人员曾将GaN堆叠在硅和玻璃上，以制造更高性能的芯片。然而，这种芯片中的每种材料可能工作在不同的温度下，进而影响可靠性。
此次研究人员使用了实验室培育的珠宝级金刚石。金刚石在所有已知材料中具有最高的导热率，而单晶金刚石晶圆生长技术的进步使其在芯片中的应用更加可行。
早期的工作尝试在GaN晶体管顶部生长超薄金刚石层，但该工艺难以规模化，并且可能引入不期望的电容，从而减慢电路运行速度。
相反，这个由麻省理工学院牵头的团队将微小的GaN晶体管（称为“dielet”）嵌入到超薄单晶金刚石中介层中。
将晶体管嵌入金刚石
“通过将这些GaN晶体管放入金刚石中介层，我们实际上能够提升器件的性能，而非使其下降。我们可以两全其美。”亚达夫说。
该工艺首先使用飞秒激光从晶圆上切割下GaN dielet，并在金刚石衬底上钻出精确的空腔。在放入dielet之前，每个空腔底部会先放置一层20微米厚的芯片贴装膜。
为GaN芯片树立新标杆
随后，团队在GaN和金刚石上方堆叠介电层和金属层，构建出工作电路。利用这种方法，他们制造了一款用于无线通信的功率放大器。
该放大器实现了比研究人员在文献中查找到的任何同类器件——包括他们此前工作中设计的一款——都更高的输出功率、效率和增益。
这些结果表明，该技术可支持高功率雷达、空间通信和工业无人机等高要求应用。
它还可用于数据中心电源转换系统中的热管理，从而提高能效。
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