最近，國產(chǎn)氮化鎵又有新的技術(shù)成果。

11月10日，溫州芯生代科技有限公司隆重發(fā)布了850VCynthus系列硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延，有助于幫助GaN HEMT功率器件拓展氮化鎵在汽車主驅(qū)等高壓應(yīng)用領(lǐng)域。

據(jù)悉，芯生代科技的850V氮化鎵外延片具有以下幾個(gè)特點(diǎn)和優(yōu)勢：

成本可降低70%，遠(yuǎn)低于硅外延片；

采用場板或其他手段，將可用電壓提高到900V，甚至1200V；

外延厚度僅5.33μm即可實(shí)現(xiàn)850V的安全工作電壓；

單位厚度垂直擊穿電壓為158V/μm，誤差小于1%；

外延電流密度大于100mA/mm，國內(nèi)首家。

850V GaN外延首發(fā)

高性價(jià)比、擁有4大優(yōu)勢

芯生代科技本次發(fā)布850V Cynthus系列硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延，主要面向高電壓、大電流HEMT功率器件應(yīng)用。

芯生代科技認(rèn)為，850V硅基氮化鎵外延產(chǎn)品的發(fā)布在市場上具有標(biāo)志性意義。

據(jù)介紹，利用芯生代科技的850V硅基GaN外延產(chǎn)品，能夠開發(fā)出650V、900V以及1200V GaNHEMT產(chǎn)品。而傳統(tǒng)的氮化鎵功率器件，其最高電壓普遍停留在650V等中低壓范圍，導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域較為狹窄，限制了氮化鎵應(yīng)用市場的增長。

眾所周知，開發(fā)高壓GaN-on-Si產(chǎn)品非常具有挑戰(zhàn)性，這主要是因?yàn)榈壨庋訛楫愘|(zhì)外延過程，外延過程中存在諸如：晶格失配、膨脹系數(shù)失配、位錯(cuò)密度高、結(jié)晶質(zhì)量低等難題。

據(jù)透露，芯生代科技在創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家鐘蓉博士的帶領(lǐng)下，采用3大技術(shù)成功克服了GaN-on-Si異質(zhì)外延生長的難題，成功開發(fā)出適用于高壓的850V氮化鎵外延產(chǎn)品：

通過改進(jìn)生長機(jī)理精確控制成長條件，從而實(shí)現(xiàn)了外延片的高均勻性；

利用獨(dú)特的緩沖層成長技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了外延片的高擊穿電壓和低漏電流；

通過精確控制成長條件實(shí)現(xiàn)了出色的二維電子氣濃度。

圖1 ：芯生代科技850V Cynthus系列GaN-on-Si外延產(chǎn)品

具體來說，芯生代科技的Cynthus系列產(chǎn)品擁有4大優(yōu)勢：

●真耐高壓。在耐壓方面，在業(yè)內(nèi)真正做到850V電壓條件下保持低漏電流（圖2），保證了HEMT器件產(chǎn)品在0-850V的電壓區(qū)間上的安全穩(wěn)定工作，在國內(nèi)市場中位居前列。利用芯生代的GaN-on-Si外延片，可開發(fā)出650V、900V、以及1200V HEMT產(chǎn)品，推動(dòng)氮化鎵向更高壓、更高功率應(yīng)用領(lǐng)域邁進(jìn)。

●世界頂尖水平的耐壓控制水平。通過芯生代通過關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)，可在外延層厚度僅為5.33μm即可實(shí)現(xiàn)850V的安全工作電壓，實(shí)現(xiàn)了158V/μm單位厚度垂直擊穿電壓，誤差小于1.5V/μm，即誤差小于1%（圖2（c）），處于世界頂尖水平。

（a）外延片厚度為4.81μm時(shí)的擊穿電壓

（b）外延片厚度為4.81μm時(shí)的擊穿電壓

（c） 單位厚度垂直擊穿電壓

圖2 850V Cynthus系列氮化鎵外延片擊穿電壓

●國內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)GaN-on-Si外延產(chǎn)品電流密度大于100mA/mm。更大電流密度, 適合大功率應(yīng)用。通過較小的芯片, 較小的模塊體積, 較少的熱效應(yīng)，可極大程度的降低模塊成本。適用電網(wǎng)等需要更大功率和更高導(dǎo)通電流的應(yīng)用場景（圖3）。

圖3 850V Cynthus系列無場板D-mode HEMT器件的源漏極電流密度

●極低的成本，與國內(nèi)同類型產(chǎn)品相比成本降低70%以上。芯生代首先通過業(yè)內(nèi)最佳的單位厚度性能提升技術(shù)，極大程度上降低外延生長的時(shí)間和物料成本，使GaN-on-Si外延片成本趨近于現(xiàn)有硅器件外延的區(qū)間，從而可大幅度降低氮化鎵器件的成本，推動(dòng)氮化鎵器件產(chǎn)品應(yīng)用范圍朝著更深和更廣的方向發(fā)展。

成本比現(xiàn)有硅外延低70%

有望拓展主驅(qū)等高壓應(yīng)用市場

目前，基于芯生代850V Cynthus系列外延片，芯生代科技展示了流片后的器件產(chǎn)品（圖4）。

由于850V Cynthus系列外延片各方面的優(yōu)異性能，盡管在流片工藝和良率控制方面面臨著挑戰(zhàn)，依然能夠生產(chǎn)出高性能的GaN基HEMT晶圓片，滿足高壓條件下的器件漏電流要求。

圖4 850V Cynthus系列外延片流片后的晶圓片

鐘蓉博士進(jìn)一步介紹道：“由于我們采用了全新的外延生長工藝，可大幅緩解GaN與硅襯底之間的熱應(yīng)力、調(diào)控外延片平整度，同時(shí)采用獨(dú)有的零缺陷薄膜制備技術(shù)，顯著提高了外延層各層薄膜生長的質(zhì)量，并通過自主研發(fā)的高電壓控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了850V Cynthus系列外延片的高電壓、高穩(wěn)定性和高質(zhì)量。” 與此同時(shí)，鐘蓉博士還透露，透過Cynthus系列外延片，GaN HEMT器件設(shè)計(jì)公司可以采用場板或其他手段，將可用電壓提高到遠(yuǎn)超過850V，“這意味著我們與優(yōu)異的器件設(shè)計(jì)公司合作，我們現(xiàn)在的技術(shù)極有可能用于900V的場景。” 更為重要的是，芯生代科技新的方法在成本控制方面有顯著的優(yōu)勢，可以將制備成本降低到原來的30%。因此，850V Cynthus系列外延片的成本甚至可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有硅外延片的成本，這意味著氮化鎵器件在800伏電驅(qū)或其他高壓應(yīng)用上將發(fā)揮重要作用，同時(shí)相比于碳化硅器件，在成本上也會(huì)有更大的優(yōu)勢，證明未來高壓氮化鎵器件在工業(yè)和能源應(yīng)用市場將會(huì)有更大的發(fā)展空間。 最后，鐘蓉博士表示，目前芯生代公司正處于上升階段，正在尋找上下游合作機(jī)會(huì)與開展新一輪融資。