最近， 英特爾 在官網表示，他們將展示 首款氮化鎵 (GaN) 穩壓器， 其優值是硅器件的 10倍 ，峰值效率超過 94% 。

這款穩壓器最獨特之處在于，采用了5項技術，將GaN功率和GaN射頻晶體管，與硅PMOS的整合成一個片上系統，既可以實現高頻操作，又可以實現高功率密度。而且該器件是基于12英寸硅晶圓，這在業界很少見，成本也非常有優勢。

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12英寸、3D堆疊

同時實現高頻、高功率

6月13-19日，英特爾將在“VLSI 技術和電路研討會”展示4項研究成果，其中將公布首款氮化鎵穩壓器的詳細信息。

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

談及開發該器件的初衷時，英特爾表示，他們希望開發一種器件，能夠解決功率傳輸和射頻前端難題，同時還要降低了器件成本。

這是因為在5G通信等未來需求中，傳統的硅器件在高頻、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，因為耗盡型GaAs HEMT和GaN HEMT是常開型器件，GaAs HBT是電流驅動，而不是場驅動。而混合使用這些器件，占用的PCB空間會比較大。

根據英特爾發布的論文，2020年5月他們首次在12英寸晶圓上實現了GaN和硅基CMOS的三維單片集成，而這次將要展示的穩壓器是該技術的首次成果轉化，因此非常值得期待。

根據論文，英特爾主要采用了5項關鍵技術，包括高κ技術、三維層轉移、化學機械拋光、光刻技術和銅互連，前兩項尤為關鍵。

首先，英特爾將GaN與12英寸晶圓廠中最先進的高κ介電金屬柵極技術相結合，實現了增強模式操作和柵極堆疊微縮。

其次，英特爾運用了層轉移的方法，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，該器件可以同時實現低漏極泄漏和出色的導通電阻——在5V漏極電壓下，IOFF低至100pA/μm，比肖特基柵極GaN HEMT低4個數量級以上，而導通電阻僅有610Ω-μm。

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

在3.5V到低至1V的電源電壓范圍內，該器件呈現出高功率附加效率，因此具備延長電池壽命和實現高效包絡線跟蹤RF功放的潛力。

與此同時，這種增強模式GaN晶體管技術還有另一個優點——那就是簡化了電路架構。由于處于常閉狀態，因此它不需要負電源，可以直接用電池供電驅動，從而節省了微芯片上寶貴的占位面積。

專利全球領先

超前投資氮化鎵充電

其實，英特爾研發該器件并不是“心血來潮”，它在氮化鎵領域有著很深的布局。

據Yole旗下KnowMade報告，英特爾、富士通和Macom在射頻硅基氮化鎵專利領域處于領先地位。

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，其中在美國和中國臺灣分別有17項和20項專利正在申請中。而英特爾專利組合主要涉及用于SoC的III-N晶體管、RF開關、超短溝道長度、場板和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用。

2014 年 9 月，GaN功率器件企業Avogy獲得4000萬美元（約2.56億人民幣）B輪融資，該輪投資就是由英特爾領投。

Avogy是一家垂直氮化鎵企業，它是最早開發氮化鎵充電器的企業之一。2015年Avogy通過子公司Zolt發布了一款小巧的筆記本電腦氮化鎵充電器，比傳統的充電器小四倍，輕三倍，該創新還被選為2015年TiE50獲獎者。

對于這筆投資，英特爾公司認為：“Avogy 的新技術可顯著降低電源系統成本、尺寸和重量，這將使消費者受益，這對于各種英特爾平臺（超極本、一體機和工作站）都有戰略性意義。”

不過，2017年Avogy遇到了財務問題，該公司以20萬美元的價格將其知識產權賣給了 NexGen。

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