硅基氮化鎵外延片:“低成本·高耐壓·賦能高效能半導(dǎo)體未來(lái)”硅基氮化鎵外延片通過(guò)優(yōu)化異質(zhì)外延工藝(如緩沖層設(shè)計(jì)、應(yīng)力控制),實(shí)現(xiàn)高電子遷移率(>2000 cm²/Vs)、高擊穿電壓(850V+)及低翹曲度(<100μm)。其成本僅為碳化硅基的1/40,適配8英寸硅晶圓量產(chǎn),推動(dòng)高壓功率器件(如HEMT)在電動(dòng)汽車(chē)、數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景的規(guī)?;瘧?yīng)用。
硅基氮化鎵外延片特性與應(yīng)用
1、超高耐壓性
采用梯度AlGaN緩沖層設(shè)計(jì)和優(yōu)化的碳摻雜工藝,使垂直擊穿電壓達(dá)到158V/μm的行業(yè)領(lǐng)先水平,可穩(wěn)定支持650V-1200V高壓器件工作。在新能源汽車(chē)主驅(qū)逆變器中,采用該技術(shù)的SiC MOSFET模塊可使功率密度提升至50kW/L以上,同時(shí)將系統(tǒng)效率提高至98.5%,顯著延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程。充電樁模塊應(yīng)用時(shí),支持350kW大功率快充,充電效率提升至95%以上。

2、高電子遷移率
通過(guò)精確調(diào)控Al組分(28%-32%)和超薄勢(shì)壘層設(shè)計(jì)(12-15nm),實(shí)現(xiàn)二維電子氣濃度>8×10¹³ cm?²,室溫遷移率突破2000 cm²/V·s。在5G基站應(yīng)用中,基于該材料的功率放大器(PA)在3.5GHz頻段可實(shí)現(xiàn)>60%的功率附加效率,輸出功率>200W,相比傳統(tǒng)LDMOS方案功耗降低25%,有效解決毫米波通信的散熱難題。

3、低成本優(yōu)勢(shì)
創(chuàng)新采用8英寸硅基GaN-on-Si技術(shù),通過(guò)優(yōu)化的應(yīng)力控制緩沖層(厚度<1μm),使晶圓成本較碳化硅基降低70%。在65W PD快充領(lǐng)域,該方案將BOM成本壓縮至$5以下,推動(dòng)GaN快充市場(chǎng)滲透率突破40%。工業(yè)電源應(yīng)用時(shí),系統(tǒng)級(jí)成本下降30%的同時(shí),功率密度提升3倍。

4、大尺寸兼容性
開(kāi)發(fā)了針對(duì)8英寸硅襯底的特有翹曲控制技術(shù)(<30μm),配合創(chuàng)新的邊緣保護(hù)工藝,實(shí)現(xiàn)>90%的良品率。單條產(chǎn)線年產(chǎn)能超5000片,可滿足年供50萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的芯片需求。最新研發(fā)的12英寸工藝樣片已通過(guò)可靠性驗(yàn)證,為下一代產(chǎn)能擴(kuò)展奠定基礎(chǔ)。

5、高溫穩(wěn)定性
采用新型鈍化層材料和T型柵結(jié)構(gòu),使器件在>200℃環(huán)境溫度下仍保持穩(wěn)定性能,開(kāi)關(guān)損耗降低30%。在數(shù)據(jù)中心電源模塊中,允許工作溫度提升至105℃,功率密度達(dá)100W/in³;光伏逆變器應(yīng)用時(shí),MPPT效率>99.5%,系統(tǒng)壽命延長(zhǎng)至25年以上。

6、高效率特性
通過(guò)單片集成整流和降壓電路,實(shí)現(xiàn)>95%的峰值轉(zhuǎn)換效率。在100W無(wú)線充電模組中,充電效率達(dá)92%,比傳統(tǒng)方案提升7個(gè)百分點(diǎn),同時(shí)體積縮小60%。最新研發(fā)的240W快充方案,支持0-80%充電僅需15分鐘,溫升控制在<35℃。
硅基氮化鎵外延片與技術(shù)關(guān)聯(lián)

1、碳化硅協(xié)同技術(shù)
技術(shù)關(guān)聯(lián):通過(guò)創(chuàng)新性開(kāi)發(fā)GaN-on-SiC復(fù)合結(jié)構(gòu),在4H-SiC襯底上異質(zhì)外延生長(zhǎng)高質(zhì)量GaN薄膜(厚度2-5μm)。該技術(shù)利用SiC優(yōu)異的導(dǎo)熱性(490W/m·K),使射頻器件的熱阻降低40%,在28GHz工作頻率下,功率密度提升至8W/mm以上。特別適用于5G毫米波基站功放模塊,可顯著改善器件在連續(xù)波模式下的熱穩(wěn)定性,結(jié)溫波動(dòng)控制在±5℃以內(nèi)。

2、藍(lán)寶石基GaN延伸
技術(shù)關(guān)聯(lián):采用圖形化藍(lán)寶石襯底(PSS)技術(shù),在2-6英寸藍(lán)寶石上外延生長(zhǎng)GaN器件層。通過(guò)優(yōu)化AlN成核層(厚度<50nm)和應(yīng)變調(diào)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)穿透位錯(cuò)密度<5×10? cm?²。該方案兼具高性價(jià)比和高性能優(yōu)勢(shì),既可用于150W級(jí)高功率LED芯片制造(光效>200lm/W),又能滿足Sub-6GHz射頻前端模塊需求(fT>80GHz),成本較SiC基降低60%。

3、SOI集成方案
技術(shù)關(guān)聯(lián):基于8英寸SOI(埋氧層厚度1μm)襯底開(kāi)發(fā)GaN-on-SOI技術(shù),通過(guò)介質(zhì)隔離將寄生電容降低至0.15pF/mm²以下。結(jié)合深槽隔離工藝,使器件截止頻率(fmax)突破180GHz,噪聲系數(shù)<1dB@28GHz,完美適配毫米波相控陣天線應(yīng)用。該技術(shù)已成功應(yīng)用于77GHz車(chē)載雷達(dá)芯片,探測(cè)距離提升30%的同時(shí),將模塊尺寸縮小50%。
知明服務(wù)
1. 定制化外延:支持電壓(650V-1200V)、晶向(X/Y切型)定制。
2. 精密加工:提供<1μm線寬的干法刻蝕與激光切割服務(wù)。
3. 技術(shù)協(xié)同:聯(lián)合開(kāi)發(fā)HEMT器件PDK,提供流片驗(yàn)證支持。
4. 檢測(cè)認(rèn)證:SEMI標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)報(bào)告(翹曲度、缺陷密度等)。