Intel Foundry представила прорывную технологию GaN-чиплета на 300 мм GaN-on-silicon пластинах, которая может изменить архитектуру силовой электроники и модулей питания. Речь не просто о переводе GaN в производство на больших диаметрах — команда показала ультратонкий чиплет с основной кремниевой подложкой толщиной всего 19 μм и впервые интегрировала на том же кристалле полностью работающие цифровые управляющие схемы. Это важный шаг к высокоплотным, быстрым и эффективным системам, где силовые и цифровые функции размещены вместе.
Почему GaN?
Галлий нитрид — компаундный полупроводник с широкой запрещённой зоной и высокой подвижностью носителей, что даёт ему явные преимущества для силовой и СВЧ электроники: высокий рабочий потенциал, малая рассеиваемая мощность при переключениях и возможность работы на более высоких температурах. По сравнению с кремнием GaN обеспечивает большую плотность мощности и значительно лучше подходит для высокочастотных фронтендов и быстрого управления напряжением.
Тонкий чиплет: как это реализовано
Ключевая инженерная проблема — тонкая механически прочная подложка на полностью обработанном 300 мм пластинке. Intel Foundry использовала метод stealth dicing before grinding (SDBG): лазер создаёт микротрещины внутри пластинки, после чего механическая шлифовка уменьшает толщину до 19 μм без повреждений структуры. Такой подход позволяет «собрать» чиплеты, готовые для последующей интеграции в гибридные модули.
Смешанная интеграция GaN и кремниевой логики
Самое интересное — совместное размещение двух типов транзисторов на одной пластине: GaN N-MOSHEMT для высоковольтных силовых узлов и кремниевых PMOS для низковольтной цифровой логики. Кремний переносится на GaN через layer transfer, после чего оба типа устройств соединяются едиными металлопроводами. Это убирает необходимость в отдельном companion-чиплете для управления и сокращает потери на длинных линиях питания и управления.
Показатели и надёжность
Измерения на отобранных чиплетах подтвердили высокие характеристики: длина затвора 30 нм, способность блокировать до 78 В, и частоты отсечки RF-транзисторов свыше 300 GHz. Библиотека цифровых блоков — инверторы, NAND, мультиплексоры, триггеры и кольцевые генераторы — функционирует корректно; инвертор переключается примерно за 33 пс, равномерно по всей 300 мм пластине, что указывает на воспроизводимость процесса. Инженеры также провели стандартные испытания надёжности: TDDB, pBTI, HTRB и HCI — результаты соответствуют промышленным требованиям, что важно для коммерциализации.
Применения и влияние на архитектуры
Комбинация высокой плотности мощности и встроенного управления открывает возможности для компактных и эффективных систем:
- Data center и PoL: более быстрые преобразователи, размещённые ближе к процессорам, сокращают потери на распределение питания и размеры VRM;
- Телеком и СВЧ: GaN пригоден для базовых станций 5G/6G и систем на сантиметрово-миллиметровых волнах благодаря fT > 200-300 GHz;
- Авиация, радары и спутники: высокая рабочая температура и устойчивость к нагрузкам делают платформу привлекательной для критичных применений.
Кроме того, единая платформа на 300 мм упрощает масштабирование и может снизить затраты, используя существующую инфраструктуру производства кремния.
Заключение
Интеграция ультратонких GaN-чиплетов с на-чип цифровой логикой — это не просто демонстрация материаловедения, а конкретный путь к новым конструкциям модульных систем: более компактным, быстрым и энергоэффективным. Технология сочетает преимущества GaN для силовой и СВЧ части с гибкостью кремниевой логики и совместимостью с массовым производством на 300 мм. Следующий этап — от прототипов и тестов надёжности к пилотным продуктам, где экономический эффект и системные преимущества станут решающими.
