1月6日消息，在2025年国际电子器件会议（IEDM）上，英特尔首次公开展示了基于300mm硅基氮化镓（GaN）工艺的Chiplet技术。此项突破性技术有望革新高性能功率电子和射频器件的未来，特别是在5G/6G通信、人工智能服务器和高效能计算领域的应用。

技术突破：300mm硅基氮化镓Chiplet

英特尔展示的氮化镓Chiplet采用了业界最薄的19µm硅衬底，并成功集成了GaN N-MOSHEMT与硅PMOS的单片CMOS数字电路库。这一创新标志着氮化镓技术从分立器件迈向系统级集成，推动了氮化镓在功率密度和效率要求日益提高的电子设备中的应用。

与传统的150mm硅晶圆相比，300mm硅基氮化镓晶圆的应用能够显著降低生产成本并提高生产效率。该技术平台兼容现有的CMOS工艺线，为氮化镓的广泛商业化应用铺平了道路。

制造工艺：超薄设计与卓越性能

该氮化镓Chiplet的硅衬底经过完全加工、减薄和单晶化，厚度仅为19µm，较传统方案减少了60%以上。这一超薄设计有助于更高效的三维集成，为功率密度和散热性能提供了理想基础。通过采用SDBG技术，晶圆在减薄和切割过程中能够保持结构完整性，表面粗糙度控制在纳米级别，确保了混合键合的高效进行。

此外，减薄设计大幅降低了硅通孔（TSV）的深宽比，减少了电阻损耗约40%，同时热阻也下降了35%，大大提升了功率密度和散热能力。

电气性能与射频能力

英特尔的氮化镓Chiplet在电气性能上表现卓越。30nm栅长的GaN MOSHEMT晶体管，导通电阻（RON）低于5mΩ·mm²，栅极和漏极漏电流低于3pA/µm，功耗控制优秀。击穿电压（BVDS）达到78V@1µA/µm，满足中压应用需求。在射频性能方面，30nm晶体管的截止频率（fT）为212GHz，最大振荡频率（fMAX）达到304GHz，适合毫米波通信等高频应用。

该Chiplet的电流密度接近10A/mm²，预计通过进一步缩小几何尺寸，电流密度将进一步提升，推动高功率应用的实现。

单片集成CMOS数字电路库

最具创新性的突破之一是该技术实现了GaN N-MOSHEMT与硅PMOS的单片集成，成功在300mm硅基氮化镓晶圆上构建了完整的CMOS数字电路库。通过统一的工艺设计套件（PDK），英特尔实现了反相器、逻辑门、多路复用器、触发器和环形振荡器等基本数字电路的集成。

这一集成能力显著减少了对外部硅芯片的依赖，提升了系统的响应速度和可靠性。

可靠性与未来展望

英特尔对该技术进行了严格的可靠性验证，结果显示其在高温、时间相关介质击穿（TDDB）和热载流子注入（HCI）测试中的表现均符合工业级标准。尤其是，在90°C下，栅极氧化层的预计寿命超过10年，保证了长期稳定运行。

展望未来，英特尔计划在2026-2027年间实现该技术的小批量量产。初期应用将集中于数据中心的电源管理、5G基站功放模块和新能源汽车的充电系统等领域。随着技术的不断成熟，预计氮化镓Chiplet将在高效能计算、绿色能源和高速通信等领域发挥关键作用。

产业化挑战与发展路径

尽管技术前景广阔，产业化仍面临一些挑战。例如，19µm超薄晶圆的处理和加工需要专用设备，设备投资成本较高。此外，GaN与硅的热膨胀系数差异可能导致热循环可靠性问题，需要开发新的界面材料。而CMOS与GaN工艺的协同优化复杂度高，也对设计自动化工具链提出了更高要求。

未来，英特尔计划继续推进技术的经济性提升，扩展到8英寸晶圆，并开发适用于600V以上的高压器件，以拓展更广泛的工业应用。预计到2028年，硅基氮化镓市场规模将达到50亿美元，年复合增长率超过30%。