Нитрид галлия давно стал стандартом в производстве мощных силовых полупроводников, однако для реализации полноценных вычислительных задач такие решения до сих пор требовали подключения отдельных кремниевых компонентов. Intel совершила прорыв, разработав сверхтонкие чиплеты из нитрида галлия, которые можно интегрировать непосредственно в кремниевые чипы. Это решение позволяет радикально уменьшить занимаемую площадь и дает ряд существенных преимуществ для современной микроэлектроники.
Подробности новой разработки были представлены специалистами подразделения Intel Foundry. В лабораторных условиях компании удалось создать чиплеты из нитрида галлия на кремниевой подложке толщиной всего 19 мкм. Примечательно, что процесс был реализован на базе стандартных пластин типоразмера 300 мм. Высокая температурная стойкость и толерантность нитрида галлия к силе тока делают такие компоненты идеальными для дата-центров, а также для инфраструктуры сетей связи 5G и 6G. Впервые в индустрии Intel удалось интегрировать микросхемы цифрового управления на одном кристалле с использованием единого технологического цикла, что существенно сокращает энергетические потери.
Преимущества интеграции в ЦОД и системы связи
В Intel уверены, что новая технология позволит создавать более компактные и эффективные регуляторы напряжения для центров обработки данных. Размещение таких компонентов в непосредственной близости к процессору позволит минимизировать потери энергии, неизбежные при передаче питания по длинным цепям. В сфере коммуникаций нитрид галлия показывает отличную работу на частотах, превышающих 200 ГГц, а в оптоволоконных системах критически важна способность компонентов к быстрому переключению состояний.
Традиционные кремниевые транзисторы при работе на высоких частотах сталкиваются с перегревом и избыточным энергопотреблением. Нитрид галлия на их фоне выглядит предпочтительнее: он эффективнее работает на повышенных частотах, лучше держит напряжение и быстрее переключается. Поскольку Intel использует стандартные пластины 300 мм, внедрение этой технологии не потребует масштабного переоснащения существующих заводов, позволяя сразу запустить производство в больших объемах.
Технологические особенности и возможности применения
Достичь рекордно малой толщины подложки в 19 мкм помог инновационный метод лазерной обработки кремниевого основания. Лазер создает сетку микротрещин, что существенно упрощает процесс шлифовки пластины. Инженеры Intel подтвердили, что столь экстремальное утончение не снижает надежность: транзисторы с длиной затвора 30 нм показали отличную проводимость при напряжениях до 78 В, а радиочастотные тесты на отметках свыше 300 ГГц с запасом перекрыли требования будущих стандартов связи.
Спектр применения таких чиплетов крайне широк — от базовых станций и ЦОД до электромобилей и космической аппаратуры. Кремний теряет стабильность уже при температуре 150 °C, тогда как нитрид галлия сохраняет работоспособность при гораздо более высоких показателях. Это позволяет упростить системы охлаждения и снизить операционные расходы на обслуживание оборудования. Возможность объединения управляющей логики и нитрид-галлиевых элементов на одном кристалле устраняет необходимость в создании сложных многокомпонентных сборок.
Intel уже провела успешные испытания технологии на различных типах полупроводниковых решений, подтвердив готовность процесса к массовому выпуску. Продемонстрированные показатели надежности и долговечности открывают путь к созданию принципиально более сложных и компактных систем.
