眾所周知，英特爾是業(yè)界佼佼者，他們研發(fā)的數(shù)字芯片引領(lǐng)著市場潮流，同時對處理器的電源供應(yīng)能力亦極其關(guān)注。性能卓越的處理器不僅僅依賴于器件本身，而是與整個系統(tǒng)緊密相連。早在上世紀(jì)九十年代末期，英特爾便開始涉足氮化鎵（GaN）功率器件領(lǐng)域。他們通過兩項路徑推進(jìn)這項技術(shù)的深入研究。首先，積極投資相關(guān)科技公司，比如在2014年9月，英特爾作為領(lǐng)頭羊參與了GaN功率器件公司Avogy的4000萬美元B輪融資。其次，英特爾自主開展科研攻關(guān)，目前其在GaN上已在全球范圍內(nèi)展開了專利布局，其中包括為SoC設(shè)計的III-N晶體管、RF開關(guān)、超短溝道長度、場板及III-N/硅單片集成電路在內(nèi)的多達(dá)67項專利技術(shù)儲備。

就在去年，借助IEDM2022會議平臺，英特爾成功開發(fā)出一種基于300毫米硅基氮化鎵晶圓的制作方法，使得人們距離解決5G和電源能效問題又近了一步。值得注意的是，英特爾在這個領(lǐng)域取得的突出成果，不僅實現(xiàn)了比行業(yè)普遍水平高出20倍以上的增益，還創(chuàng)造了高性能供電指標(biāo)的新紀(jì)錄。

時間荏苒，今年英特爾在IEDM2023上面向公眾發(fā)表了一篇名為《DrGaN：采用E模式GaN MOSHEMT和三維單片硅 PMOS的300mm硅基GaN功率開關(guān)集成CMOS驅(qū)動器技術(shù)》（DrGaN ： an Integrated CMOS Driver GaN Power Switch Technology on 300mm GaN on Silicon with E mode GaN MOSHEMT and 3D Monolithic Si PMOS）的學(xué)術(shù)論文，再次展示了他們在GaN領(lǐng)域的最新研究成果。

回顧歷史，早在2004年，英特爾首次提出DrMOS的概念，首次將CMOS驅(qū)動器與硅功率器件進(jìn)行整合，并最終成為了為個人電腦和數(shù)據(jù)中心供電的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如今，DrMOS已經(jīng)深入人心，被廣泛運(yùn)用在各個領(lǐng)域。

那么，為何要將驅(qū)動器與功率器件進(jìn)行整合呢？ 答案其實很簡單，這種整合方式能夠帶來更加緊湊高效的解決方案，大大降低了寄生參數(shù)，從而使得半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以借助硅晶體管實現(xiàn)更為出色的供電處理能力。對于DrGaN而言，與DrMOS具有同樣的設(shè)計理念—將GaN和硅基CMOS功能性器件整合，以“層轉(zhuǎn)移”工藝，在300毫米硅晶圓上，借助于大規(guī)模的3D單片工藝進(jìn)行完整組裝。

選擇使用GaN的理由有很多。首先，GaN擁有優(yōu)越的寬帶隙和巴利加優(yōu)值，能夠適應(yīng)高頻和大功率的需求環(huán)境。得益于其強(qiáng)大的寬帶隙特性，電池涯值超過了GaAs和硅的十倍，這樣就允許GaN晶體管的設(shè)計尺寸大幅減少，從而得到更高的性能表現(xiàn);另一方面，由于GaN的自發(fā)極化效應(yīng)和壓電極化效應(yīng)，在GaN和相關(guān)三元合金界面處產(chǎn)生了被稱為二維電子氣的特殊物質(zhì)，無需添加任何雜質(zhì)。

具體來說，英特爾所采用的器件架構(gòu)便是MOSHEMT，換句話說，這實際上是將氮化鎵HEMT進(jìn)行了結(jié)合運(yùn)用。通過搭乘二維電子氣的高速電子遷移率以及器件結(jié)構(gòu)中的量子阱優(yōu)勢，帶來優(yōu)異性能輸出。柵極和溝道區(qū)域正是英特爾運(yùn)用High-K（高K）氧化物柵介質(zhì)的核心地帶。之所以選用High-K介電質(zhì)，正是看中了其在硅CMOS晶體管微縮上的顯著優(yōu)勢，這極大助力了英特爾在氮化鎵MOS器件上取得了驚人的性能表現(xiàn)。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，雖然DrGaN與其他“單芯片氮化鎵集成電路（氮化鎵+硅驅(qū)動器）”有相似之處，但是卻存在本質(zhì)性的差異。其他同類型的集成電路通常采用增強(qiáng)或耗盡模式，也就是說它們并非真正意義上的CMOS，因此在效率和減少泄漏方面的綜合解決方案相較Less高效。

此外，英特爾并未使用p-GaN方法實現(xiàn)增強(qiáng)型氮化鎵，英特爾的方法是將柵極區(qū)域加工呈MOS，這意味著在通道區(qū)域不使用典型的極化電荷誘導(dǎo)層，這些層誘導(dǎo)通道中電荷的形成。

這項技術(shù)極具前景，因為它具備改變游戲規(guī)則的能力。許多令人興奮的機(jī)遇擺在面前，包括高效、高性能射頻和電力傳輸與標(biāo)準(zhǔn)硅基處理器的全面集成。這種技術(shù)有潛力滿足 5G 及更高版本的下一代移動設(shè)備、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施和通信網(wǎng)絡(luò)的需求。