Intel научилась производить самые тонкие в мире чипсеты на основе нитрида галлия

Нитрид галлия уже давно используется для изготовления силовых полупроводниковых компонентов, но для интеграции вычислительных функций этим чипам требуются традиционные кремниевые компоненты. Intel научилась создавать ультратонкие чиплеты из нитрида галлия, которые можно интегрировать в кремниевые чипы, тем самым уменьшая размер компонента. Эта технология также предлагает множество других преимуществ.

Специалисты Intel поделились результатами своих исследований в этой области в специальном разделе своего корпоративного сайта. Как отмечается в статье, Чипсеты из нитрида галлия создаются глубоко в лабораториях Intel Foundry на кремниевой подложке толщиной всего 19 микрон, изготовленной из 300-миллиметровой пластины. Устойчивость нитрида галлия к высоким температурам и токам позволяет использовать эту комбинацию материалов в центрах обработки данных, а также в инфраструктуре связи 5G и 6G. Чипы цифрового управления интегрируются непосредственно в кристалл с использованием единого производственного процесса, что является еще одной новой технологией в отрасли. Такой подход снижает потери энергии и экономит пространство.

В Intel полагают, что эта технология позволит создать более компактные и эффективные стабилизаторы напряжения для центров обработки данных, расположенные ближе к процессору и уменьшит потери, возникающие на более длинных маршрутах. В секторе связи компоненты из нитрида галлия уже доказали свою способность эффективно работать на частотах выше 200 ГГц. По мнению представителей Intel, возможность быстрого переключения состояний будет востребована и в системах оптической связи.

Традиционные кремниевые транзисторы имеют тенденцию выделять больше тепла и терять больше мощности по мере увеличения частоты. Транзисторы из нитрида галлия работают более эффективно на более высоких частотах, выдерживают более высокие напряжения, рассеивают меньше энергии и просто быстрее переключают состояния. Компоненты нитрида галлия пользуются большим спросом в системах преобразования энергии. Использование Intel стандартного размера пластины размером 300 мм позволит внедрить обработку нитрида галлия без существенного технологического переоснащения существующей инфраструктуры. Кроме того, такой размер пластины позволяет осуществлять крупномасштабное производство компонентов.

Чтобы достичь рекордной толщины кремниевой пластины в 19 микрон, Intel использовала инновационный метод предварительной лазерной обработки, который создает микроскопические трещины, облегчающие последующее шлифование пластины. Специалистам Intel также предстояло позаботиться о том, чтобы использование столь тонкой пластины не повлияло на производительность компонентов. Транзисторы с длиной затвора 30 нм продемонстрировали хорошую проводимость тока с низкими потерями и выдержали напряжение до 78 В. ВЧ-характеристики транзисторов были протестированы также на частотах выше 300 ГГц, что превышает потребности систем связи нового поколения.

Компоненты на основе нитрида галлия могут найти применение не только в центрах обработки данных и базовых станциях, но также в электромобилях и космических спутниках. Кремниевые компоненты становятся нестабильными при температуре до 150 градусов Цельсия, но нитрид галлия позволяет существенно повысить этот порог. Кроме того, снижение необходимости охлаждения компонентов благотворно влияет на эксплуатационные расходы, поскольку на охлаждение требуется меньше энергии. Что немаловажно, логика управления интегрирована в единый чип с элементом из нитрида галлия, так как раньше они были распределены по отдельным компонентам.

Intel протестировала эту комбинацию материалов на широком спектре полупроводниковых компонентов, подтвердив готовность технологии к массовому производству. Компоненты, изготовленные этим методом, в ходе испытаний продемонстрировали высокую надежность и долговечность. Технологии, освоенные Intel, позволят создавать все более сложные упаковочные решения.