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Intel ha compiuto un passo significativo nell'evoluzione dei semiconduttori, annunciando una nuova tecnologia che integra il nitruro di gallio (GaN) direttamente su substrati di silicio. Questa innovazione promette di rivoluzionare diversi settori, dai data center alle infrastrutture di comunicazione 5G e 6G, grazie a chip più efficienti, compatti e performanti.
Tradizionalmente, il nitruro di gallio è stato utilizzato per la produzione di componenti di potenza, ma l'integrazione delle funzioni di calcolo richiedeva l'utilizzo di chip separati in silicio. Intel Foundry è riuscita a creare chiplet ultrasottili in GaN, con uno spessore di soli 19 micrometri, che possono essere integrati direttamente sui chip in silicio. Questo approccio riduce significativamente l'area occupata dai componenti e offre numerosi altri vantaggi.
La resistenza del nitruro di gallio alle alte temperature e alle alte correnti lo rende ideale per applicazioni in ambienti gravosi come i data center e le reti di comunicazione di ultima generazione. Intel ha integrato i circuiti di controllo digitale direttamente sul cristallo, utilizzando un processo produttivo unificato, un'innovazione assoluta nel settore. Questo permette di minimizzare le perdite di energia e di risparmiare spazio prezioso.
Secondo Intel, questa tecnologia consentirà di realizzare regolatori di tensione per data center più compatti ed efficienti, posizionandoli più vicino al processore e riducendo le perdite dovute a percorsi più lunghi. Nel settore delle comunicazioni, i componenti in nitruro di gallio hanno già dimostrato la loro capacità di operare efficacemente a frequenze superiori a 200 GHz. La rapidità di commutazione offerta da questi componenti sarà fondamentale anche nei sistemi di comunicazione in fibra ottica.
I tradizionali transistor in silicio tendono a dissipare più calore e a perdere più energia all'aumentare delle frequenze. I transistor in nitruro di gallio, invece, sono in grado di operare a frequenze elevate con maggiore efficienza, sopportare tensioni più elevate, dissipare meno energia e commutare più rapidamente. Questo li rende particolarmente adatti per i sistemi di conversione di energia. L'utilizzo da parte di Intel di wafer standard da 300 mm consentirà di adottare il nitruro di gallio senza stravolgere le infrastrutture produttive esistenti e di produrre componenti su larga scala.
Per ottenere uno spessore così ridotto del substrato di silicio, Intel ha sviluppato una tecnica innovativa che prevede il pretrattamento del silicio con un laser, creando microfratture che facilitano la successiva levigatura del wafer. I tecnici di Intel hanno verificato che l'utilizzo di un substrato così sottile non comprometta le prestazioni dei componenti. Transistor con una lunghezza di gate di 30 nm hanno dimostrato una buona capacità di condurre corrente con basse perdite e di sopportare tensioni fino a 78 V. Le caratteristiche di radiofrequenza dei transistor sono state testate a frequenze superiori a 300 GHz, superando ampiamente le esigenze dei futuri sistemi di comunicazione.
I componenti basati sul nitruro di gallio possono trovare impiego non solo nei data center e nelle stazioni radio base, ma anche nei veicoli elettrici e nei satelliti spaziali. I componenti in silicio diventano instabili già a temperature di 150 gradi Celsius, mentre il nitruro di gallio permette di superare questa soglia. La minore necessità di raffreddamento si traduce in una riduzione dei costi operativi, poiché si consuma meno energia per il raffreddamento. Un aspetto importante è l'integrazione della logica di controllo sullo stesso chip del componente in nitruro di gallio, una soluzione che in precedenza richiedeva componenti separati.
Intel ha testato questa combinazione di materiali su un'ampia gamma di componenti, confermando la prontezza della tecnologia per la produzione di massa. I componenti realizzati con questo metodo hanno dimostrato elevata affidabilità e durata nei test. Le tecnologie sviluppate da Intel permetteranno di creare soluzioni sempre più complesse e integrate, aprendo nuove frontiere nell'innovazione dei semiconduttori.
