最近，英特爾在官網(wǎng)表示，他們將展示首款氮化鎵 (GaN) 穩(wěn)壓器，其優(yōu)值是硅器件的10倍，峰值效率超過94%。

 

這款穩(wěn)壓器最獨(dú)特之處在于，采用了5項(xiàng)技術(shù)，將GaN功率和GaN射頻晶體管，與硅PMOS的整合成一個(gè)片上系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)高頻操作，又可以實(shí)現(xiàn)高功率密度。而且該器件是基于12英寸硅晶圓，這在業(yè)界很少見，成本也非常有優(yōu)勢(shì)。

6月13-19日，英特爾將在“VLSI 技術(shù)和電路研討會(huì)”展示4項(xiàng)研究成果，其中將公布首款氮化鎵穩(wěn)壓器的詳細(xì)信息。

據(jù)介紹，這款穩(wěn)壓器采用了封裝集成的低壓GaN NMOS功率晶體管，其優(yōu)值（FoM）比硅器件提高了5-10倍，搭配40nH電感器，可實(shí)現(xiàn)94.2%的峰值效率。
 

談及開發(fā)該器件的初衷時(shí)，英特爾表示，他們希望開發(fā)一種器件，能夠解決功率傳輸和射頻前端難題，同時(shí)還要降低了器件成本。
 

這是因?yàn)樵?G通信等未來需求中，傳統(tǒng)的硅器件在高頻、高功率射頻功放方面性能不足，而GaAs HBT、GaAs HEMT和GaN HEMT又不適合用來制備高效功率電子器件，因?yàn)楹谋M型GaAs HEMT和GaN HEMT是常開型器件，GaAs HBT是電流驅(qū)動(dòng)，而不是場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。而混合使用這些器件，占用的PCB空間會(huì)比較大。
 

根據(jù)英特爾發(fā)布的論文，2020年5月他們首次在12英寸晶圓上實(shí)現(xiàn)了GaN和硅基CMOS的三維單片集成，而這次將要展示的穩(wěn)壓器是該技術(shù)的首次成果轉(zhuǎn)化，因此非常值得期待。

根據(jù)論文，英特爾主要采用了5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括高κ技術(shù)、三維層轉(zhuǎn)移、化學(xué)機(jī)械拋光、光刻技術(shù)和銅互連，前兩項(xiàng)尤為關(guān)鍵。
 

首先，英特爾將GaN與12英寸晶圓廠中最先進(jìn)的高κ介電金屬柵極技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)模式操作和柵極堆疊微縮。

其次，英特爾運(yùn)用了層轉(zhuǎn)移的方法，以單片式將12英寸的硅基PMOS晶體管堆疊在12英寸的GaN NMOS晶體管之上。

最終，該器件可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低漏極泄漏和出色的導(dǎo)通電阻——在5V漏極電壓下，IOFF低至100pA/μm，比肖特基柵極GaN HEMT低4個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而導(dǎo)通電阻僅有610Ω-μm。

另外，它還具備出色的RF性能。在1-30GHz的頻率范圍內(nèi)，Intel的高κ值增強(qiáng)模式GaN NMOS晶體管的性能明顯優(yōu)于GaAs和Si/SOI。
 

在3.5V到低至1V的電源電壓范圍內(nèi)，該器件呈現(xiàn)出高功率附加效率，因此具備延長(zhǎng)電池壽命和實(shí)現(xiàn)高效包絡(luò)線跟蹤RF功放的潛力。
 

與此同時(shí)，這種增強(qiáng)模式GaN晶體管技術(shù)還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)——那就是簡(jiǎn)化了電路架構(gòu)。由于處于常閉狀態(tài)，因此它不需要負(fù)電源，可以直接用電池供電驅(qū)動(dòng)，從而節(jié)省了微芯片上寶貴的占位面積。
 

其實(shí)，英特爾研發(fā)該器件并不是“心血來潮”，它在氮化鎵領(lǐng)域有著很深的布局。
 

據(jù)Yole旗下KnowMade報(bào)告，英特爾、富士通和Macom在射頻硅基氮化鎵專利領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

英特爾射頻氮化鎵專利全球前六

英特爾在全球都有專利布局，其中在美國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣分別有17項(xiàng)和20項(xiàng)專利正在申請(qǐng)中。而英特爾專利組合主要涉及用于SoC的III-N晶體管、RF開關(guān)、超短溝道長(zhǎng)度、場(chǎng)板和III-N/ 硅單片集成電路。

此外，英特爾很早就看好氮化鎵在功率器件中的應(yīng)用。
 

2014 年 9 月，GaN功率器件企業(yè)Avogy獲得4000萬(wàn)美元（約2.56億人民幣）B輪融資，該輪投資就是由英特爾領(lǐng)投。
 

Avogy是一家垂直氮化鎵企業(yè)，它是最早開發(fā)氮化鎵充電器的企業(yè)之一。2015年Avogy通過子公司Zolt發(fā)布了一款小巧的筆記本電腦氮化鎵充電器，比傳統(tǒng)的充電器小四倍，輕三倍，該創(chuàng)新還被選為2015年TiE50獲獎(jiǎng)?wù)摺?/div>