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GaN功率应用厚积薄发,为产业加速成长赋能

2023/4/15 15:29:14      材料来源:

4月13日,由ACT雅时国际商讯主办,《 》杂志承办的“GaN功率应用,厚积薄发”线上研讨会在线直播,以期推动GaN功率应用产业的加速成长。

研讨会上,爱发科商贸(上海)有限公司副部长周燕萍、苏州汉骅半导体有限公司副总裁范谦博士、成都氮矽科技有限公司资深GaN HEMT器件设计总监刘勇和南方科技大学深港微电子学院院长、教授于洪宇针对射频和功率器件领域GaN- HEMT刻蚀解决方案、GaN中高压功率器件产业化进展及发展趋势、GaN功率器件结构设计以及Si基GaN器件及系统研究与产业前景发表了精彩演讲。

 

射频和功率GaN-HEMT刻蚀解决方案

 

 

爱发科商贸(上海)有限公司副部长周燕萍首先结合市场趋势介绍了GaN基HEMT的优异特性。她说,近年来随着新能源汽车、5G通信等领域的不断发展,半导体器件在高温、高压、高频下的工作需求也在不断提升。GaN作为第三代宽禁带半导体材料具有高电子饱和速率、高临界电场、高导热率、耐高温、化学性质稳定等优异特性,逐渐成为研究热点。GaN基HEMT器件不仅拥有上述优异特性,还得益于存在高迁移率二维电子气(2DEG),具有高电流密度和低导通电阻的优点,在RF通信、车载OBC等领域扮演着重要角色。

她在介绍GaN-HEMT结构时表示,经过多年研究发现,GaN-HEMT器件制备中有很多技术难点,如低速率、高选择比刻蚀等。为此,爱发科提供了对应的GaN-HEMT制备设备和工艺解决方案,包括共通平台uGmni系列、大排气Chamber搭载uGmni Demo机、工艺气体系统、具有稳定性加热设备的刻蚀单元等。她说,爱发科的uGmni设备具有等方向、大排气Chamber和ISM-duo等离子体源等优势;其刻蚀设备采用0.1W偏压功率控制和薄膜控制的光学干涉型EPD,适用于低损伤刻蚀。

 

中高压功率GaN器件产业化进展及趋势

 

 

苏州汉骅半导体有限公司副总裁范谦博士在介绍GaN中高压功率器件产业化进展及发展趋势时表示,GaN-HEMT功率器件已广泛应用于消费电子、数据中心、工业机电、汽车电子、光伏逆变、智能电网等应用领域。这种器件大致分为两种,一是E-mode HEMT增强型器件,具有高速、高功率、低噪声等优势,主要应用于无线通信、激光雷达、天文学观测、医疗诊断等需要高频、高灵敏度优异性能的领域;二是D-mode耗尽型器件,主要用于电源管理、AC/DC、DC/DC转换、车载电子等,漏电流低,驱动电路简单。

他还介绍了GaN-HEMT在两种模式工作下各自的特性和区别,并对应用市场做了总结及展望。他强调,材料是决定GaN器件性能的关键因素,苏州汉骅的外延片产品改进了外延缓冲层工艺,垂直漏电流更小,均匀性好,击穿电压均高于1000V。这些技术优势能支持客户各细分领域的应用,帮助他们保持竞争优势和技术壁垒。他还介绍了GaN功率器件,包括GaN on SOI、GaN on 工程衬底和垂直器件的最新进展。

 

氮化镓功率器件结构设计

 

 

成都氮矽科技有限公司资深GaN-HEMT器件设计总监刘勇在分享氮化镓功率器件结构设计时表示,氮化镓功率器件的电性参数主要受外延、器件设计、工艺和封装等影响。其中器件设计是影响器件电性参数的核心,而对于器件设计而言结构设计是关键。合理的器件结构可以保证器件目标电性能参数的实现,可以节省芯片面积,提高器件性能,保证足够的工艺窗口。目前氮化镓功率器件结构设计纷繁复杂,主流的商用器件结构主要包括p-GaN栅结构、场板结构等。超结、极化超结、垂直结构等新器件结构虽然性能优异,但还需要优化工艺实现。合封氮化镓功率器件具有寄生电感低、开关速度快和功率损耗低等优点将成为主流。

他从四个方面—E型GaN功率器件结构、场板和其他终端结构、垂直GaN功率器件结构以及级联和其他共封装结构,介绍了氮化镓功率器件结构设计的进展和存在的问题。他认为,p-GaN和凹栅GaN功率器件的主流E-mode方法,但制造工艺仍需要优化;场板是GaN功率器件的主流终端结构,其他终端结构需要在简化工艺方面做更多的工作。垂直GaN功率器件仍然面临着工艺和外延的问题。合封级联是GaN功率器件的另一种主流E-mode方法,Si MOSFET可以用SiC或GaN器件代替,而单个GaN功率器件与驱动芯片合封将是未来的趋势。

 

Si基GaN器件及系统研究与产业前景

 

 

南方科技大学深港微电子学院院长、教授于洪宇在介绍Si基GaN器件及系统研究与产业前景时说,以GaN为代表的第三代半导体材料和器件具有优良的高温高压及高频特性,被认为是下一代电力电子和微波射频技术的核心。欧美日等均将第三代半导体纳入国家发展战略规划,中国第三代半导体产业也形成了以长三角、珠三角等为代表的产业集群,并布局了国家第三代半导体技术创新中心。

他介绍说,近年来,南方科技大学深港微电子学院在Si基GaN器件及其功率和射频系统应用方向取得了一系列研究成果:利用先进Si基GaN器件工艺,采用PFC技术,开发出300-4000W高效工业电源;将GaN射频器件及5G小基站射频前端应用于微小基站的高效Doherty功率放大器;利用GaN气体传感器在高温环境中实现CO、H2S、H2等气体及颗粒物的高灵敏度探测。

他还表示,第三代半导体产业已写入“十四五”规划,期间主要解决我国第三代半导体产业从“有无”到“能用”的问题,通过实现全产业链能力和水平提升,整体国际同步,局部实现超越。要实现这一目标,迫切需要政产学研用紧密合作,着力突破材料和器件关键技术、加快可靠性验证、完善标准体系、推动国产替代应用、强化人才培育和引进,构建要素齐全、创新活跃、开放协同的产业生态。

在问答环节,四位演讲人回答了听众的问题,线上研讨会在线直播活动结束后,与会者仍然意犹未尽。

 

 

为了持续满足行业对于第三代半导体技术的关注,雅时国际将于2023年5月23-24日在苏州举办主题为“2023-半导体先进技术创新发展和机遇大会”。会议包括两个专题:硅基半导体制造与封装、 先进技术及应用。分别以“CHIP China晶芯研讨会”和“ 先进技术及应用大会”两场论坛的形式同时进行。展开泛半导体产业高端对话,促进参会者的交流信息与合作。主办方期待与大家苏州再度相逢!

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