Northrop Grumman получила заказ от DARPA на сумму в 7 миллионов долларов для создания микрочипов с алмазной основой, предназначенных для функционирования при повышенной мощности без перегрева. Разработка осуществляется в рамках второго этапа программы THREADS, целью которой является создание технологий эффективного рассеивания тепла непосредственно внутри электронных компонентов.

Основная сложность современных радиочастотных микросхем высокой мощности заключается в проблеме нагрева. С уменьшением размеров электронных устройств плотность мощности увеличивается, что приводит к необходимости ограничения производительности для предотвращения повреждений и преждевременного выхода из строя.

В рамках проекта Northrop Grumman намерена интегрировать алмазную структуру непосредственно в полупроводниковые устройства. Алмазные элементы будут отвечать за отвод тепла от наиболее нагретых участков внутри мощных радиочастотных схем.

Благодаря исключительно высокой теплопроводности алмаз превосходит многие другие материалы. Согласно информации от производителя, он передает тепло примерно в пять раз эффективнее, чем медь. Данное свойство позволяет микрочипам функционировать при повышенной мощности, избегая перегрева.

Данная технология ориентирована на системы, где критически важны высокая мощность и малые габариты. В качестве потенциальных сфер применения рассматриваются военные средства связи, радиолокационные комплексы и спутниковые коммуникации.

Специалисты Microelectronics Center компании разработали технологии интеграции микроскопических алмазных структур непосредственно в полупроводниковые устройства. Northrop Grumman совместно со Стэнфордским университетом ведет работу по данному направлению. В рамках разработанного процесса алмаз выращивается на задней поверхности микросхемы и внутри микроскопических каналов.

Эти каналы обеспечивают прямой маршрут для отвода тепла из зон, подверженных быстрому повышению температуры. Компания уже провела тестирование полупроводниковых устройств с алмазными элементами при высокой нагрузке и отметила, что полученные результаты подтверждают целесообразность данной технологии.

В настоящее время нитрид галлия остается одним из основных материалов для создания мощных и высокочастотных устройств. Тем не менее, даже такие компоненты подвержены тепловым ограничениям, особенно при попытке увеличения мощности без изменения размеров электронных компонентов.

Благодаря реализации первого этапа программы THREADS, разработанной компанией Northrop Grumman, инженерам удалось повысить плотность мощности электронных устройств в три раза и тридцать три процента. Этот параметр характеризует объем электрической энергии, который можно сконцентрировать на заданной площади.

На втором этапе реализации проекта компания планирует добиться увеличения плотности мощности более чем в три раза. Успешное внедрение данной технологии позволит создавать радиочастотные передатчики с существенно большей мощностью, не требуя при этом пропорционального увеличения габаритов электронных компонентов.

Данный прогресс имеет особое значение для военной техники, поскольку повышение производительности зачастую сопряжено с трудностями в обеспечении эффективного охлаждения и размещением необходимого оборудования. Более компактные и производительные микросхемы могут быть востребованы при создании перспективных военных спутников, радиолокационных комплексов и систем связи, предназначенных для длительной работы в экстремальных условиях.

Northrop Grumman ведет исследования по применению алмазов для отвода тепла с 2019 года. Программа THREADS направлена на ускорение внедрения этой разработки в процесс производства полупроводниковых приборов.

Представители компании сообщили о потенциале их модели открытого доступа к производственным ресурсам, которая, по их мнению, может обеспечить распространение инновационной технологии среди большего числа предприятий, работающих в сфере американской микроэлектроники.

Дальнейшие исследования должны продемонстрировать, каким образом система охлаждения на основе алмазов, интегрированная непосредственно в полупроводниковую структуру, сможет повысить характеристики электроники высокой мощности.