Intel научилась изготавливать самые тонкие в мире чиплеты на базе нитрида галлия

Нитрид галлия давно используется для производства силовых полупроводниковых компонентов, но для интеграции вычислительных функций соответствующие чипы требовали традиционных кремниевых компонентов. Intel научилась создавать сверхтонкие чиплеты из нитрида галлия, которые можно интегрировать на кремниевые чипы и тем самым сокращать занимаемую компонентом площадь. У этой технологии есть и множество других преимуществ.

Результатами разработок на этом направлении специалисты Intel поделились в особом разделе корпоративного сайта. В недрах лабораторий Intel Foundry, как отмечается в материале, были созданы чиплеты из нитрида галлия на кремниевой подложке толщиной всего 19 мкм, причём получены они были из пластины типоразмера 300 мм. Устойчивость нитрида галлия к высоким температурам и силе тока позволяет использовать такое сочетание материалов для создания компонентов, применяемых в центрах обработки данных, а также инфраструктуре связи поколений 5G и 6G. Микросхемы цифрового управления были интегрированы непосредственно на кристалле с использованием единого технологического процесса, что также было сделано впервые в отрасли. Подход позволяет снизить энергетические потери и сэкономить пространство.

Технология, как считают в Intel, позволит создавать регуляторы напряжения для ЦОД, которые будут более компактными, более эффективными, при этом располагаться ближе к процессору и снижать потери, возникающие на более длинных маршрутах. В сегменте систем связи компоненты из нитрида галлия уже зарекомендовали себя способностью эффективно работать на частотах свыше 200 ГГц. В оптоволоконных системах связи способность быстро переключать состояние тоже будет востребована, по словам представителей Intel.

Традиционные кремниевые транзисторы по мере роста частот склонны выделять больше тепла и терять больше энергии. Транзисторы из нитрида галлия способны более эффективно работать на высоких частотах, спокойно переносить более высокие напряжения, терять меньше энергии и просто переключать состояние с более высокой скоростью. В системах преобразования энергии компоненты из нитрида галлия весьма востребованы. Применение Intel стандартного для отрасли типоразмера пластин 300 мм позволит внедрить работу с нитридом галлия без существенного технологического перевооружения имеющейся инфраструктуры. Кроме того, этот типоразмер пластин позволяет выпускать компоненты в больших масштабах.

Для достижения рекордно малой толщины кремниевой подложки в 19 мкм компания Intel использовала инновационную методику предварительной обработки кремниевого основания при помощи лазера, которая вызывает появление микроскопических трещин, упрощающих последующее шлифование пластины. Специалистам Intel при этом пришлось убедиться, что использование столь тонкого основания не влияет на эксплуатационные характеристики компонентов. Транзисторы с длиной затвора 30 нм продемонстрировали хорошую способность проводить ток с низкими потерями и выдерживать напряжения до 78 В. Радиочастотные характеристики транзисторов тоже были проверены на частотах свыше 300 ГГц, что с запасом превышает потребности систем связи будущих поколений.

Компоненты на основе нитрида галлия могут найти применение не только в центрах обработки данных и базовых станциях связи, но и в электромобилях и космических спутниках. Кремниевые компоненты нестабильно ведут себя уже при температуре 150 градусов Цельсия, а нитрид галлия позволяет сместить этот порог заметно выше. При этом снижение потребности в охлаждении компонентов благоприятно сказывается на эксплуатационных расходах, поскольку на охлаждение нужно тратить меньше энергии. Важно, что управляющая логика интегрируется на одном чипе с элементом из нитрида галлия, поскольку до этого они разносились по разным компонентам.

Intel испытала данное сочетание материалов на широком спектре полупроводниковых компонентов, подтвердив готовность технологии к использованию в условиях массового производства. Компоненты, изготовленные таким методом, в ходе испытаний показали высокую надёжность и долговечность. Освоенные Intel технологии позволят создавать всё более сложные с компоновочной точки зрения решения.