半导体

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  • 上海知明专业供应硅基氮化镓外延片——第三代半导体的低成本高性能解决方案

    硅基氮化镓(GaN-on-Si)外延片通过异质外延技术将氮化镓薄膜生长于硅衬底上,兼具GaN材料的高频、高功率特性与硅衬底的低成本、大尺寸兼容性,是突破碳化硅(SiC)衬底成本限制的关键技术,广泛应用于5G通信、新能源汽车、工业电源等领域。

硅基氮化镓外延片:“低成本·高耐压·赋能高效能半导体未来”


硅基氮化镓外延片通过优化异质外延工艺(如缓冲层设计、应力控制),实现高电子迁移率(>2000 cm²/Vs)、高击穿电压(850V+)及低翘曲度(<100μm)。其成本仅为碳化硅基的1/40,适配8英寸硅晶圆量产,推动高压功率器件(如HEMT)在电动汽车、数据中心等场景的规模化应用。
 

硅基氮化镓外延片特性与应用


1、超高耐压性

采用梯度AlGaN缓冲层设计和优化的碳掺杂工艺,使垂直击穿电压达到158V/μm的行业领先水平,可稳定支持650V-1200V高压器件工作。在新能源汽车主驱逆变器中,采用该技术的SiC MOSFET模块可使功率密度提升至50kW/L以上,同时将系统效率提高至98.5%,显著延长电动汽车续航里程。充电桩模块应用时,支持350kW大功率快充,充电效率提升至95%以上。



2、高电子迁移率

通过精确调控Al组分(28%-32%)和超薄势垒层设计(12-15nm),实现二维电子气浓度>8×10¹³ cm⁻²,室温迁移率突破2000 cm²/V·s。在5G基站应用中,基于该材料的功率放大器(PA)在3.5GHz频段可实现>60%的功率附加效率,输出功率>200W,相比传统LDMOS方案功耗降低25%,有效解决毫米波通信的散热难题。



3、低成本优势

创新采用8英寸硅基GaN-on-Si技术,通过优化的应力控制缓冲层(厚度<1μm),使晶圆成本较碳化硅基降低70%。在65W PD快充领域,该方案将BOM成本压缩至$5以下,推动GaN快充市场渗透率突破40%。工业电源应用时,系统级成本下降30%的同时,功率密度提升3倍。



4、大尺寸兼容性

开发了针对8英寸硅衬底的特有翘曲控制技术(<30μm),配合创新的边缘保护工艺,实现>90%的良品率。单条产线年产能超5000片,可满足年供50万辆电动汽车的芯片需求。最新研发的12英寸工艺样片已通过可靠性验证,为下一代产能扩展奠定基础。




5、高温稳定性

采用新型钝化层材料和T型栅结构,使器件在>200℃环境温度下仍保持稳定性能,开关损耗降低30%。在数据中心电源模块中,允许工作温度提升至105℃,功率密度达100W/in³;光伏逆变器应用时,MPPT效率>99.5%,系统寿命延长至25年以上。




6、高效率特性

通过单片集成整流和降压电路,实现>95%的峰值转换效率。在100W无线充电模组中,充电效率达92%,比传统方案提升7个百分点,同时体积缩小60%。最新研发的240W快充方案,支持0-80%充电仅需15分钟,温升控制在<35℃。



 



硅基氮化镓外延片与技术关联

1、碳化硅协同技术

技术关联:通过创新性开发GaN-on-SiC复合结构,在4H-SiC衬底上异质外延生长高质量GaN薄膜(厚度2-5μm)。该技术利用SiC优异的导热性(490W/m·K),使射频器件的热阻降低40%,在28GHz工作频率下,功率密度提升至8W/mm以上。特别适用于5G毫米波基站功放模块,可显著改善器件在连续波模式下的热稳定性,结温波动控制在±5℃以内。




2、蓝宝石基GaN延伸

技术关联:采用图形化蓝宝石衬底(PSS)技术,在2-6英寸蓝宝石上外延生长GaN器件层。通过优化AlN成核层(厚度<50nm)和应变调控技术,实现穿透位错密度<5×10⁸ cm⁻²。该方案兼具高性价比和高性能优势,既可用于150W级高功率LED芯片制造(光效>200lm/W),又能满足Sub-6GHz射频前端模块需求(fT>80GHz),成本较SiC基降低60%。




3、SOI集成方案

技术关联:基于8英寸SOI(埋氧层厚度1μm)衬底开发GaN-on-SOI技术,通过介质隔离将寄生电容降低至0.15pF/mm²以下。结合深槽隔离工艺,使器件截止频率(fmax)突破180GHz,噪声系数<1dB@28GHz,完美适配毫米波相控阵天线应用。该技术已成功应用于77GHz车载雷达芯片,探测距离提升30%的同时,将模块尺寸缩小50%。



 


知明服务
 

1. 定制化外延:支持电压(650V-1200V)、晶向(X/Y切型)定制。

2. 精密加工:提供<1μm线宽的干法刻蚀与激光切割服务。

3. 技术协同:联合开发HEMT器件PDK,提供流片验证支持。

4. 检测认证:SEMI标准参数报告(翘曲度、缺陷密度等)。