GaN新突破：8英寸、1200V！丰田、信越已介入

第三代半导体风向 · 2021-04-30

昨天，一家国外机构对外展示了8英寸硅基GaN的最新成果——其工作电压达到1200V，硬击穿电压超过1800V，有望打开电动汽车等高电压应用的大门，“GaN爆发临界点已到”？

据“三代半风向”了解，丰田集团已经投资了该成果的关键技术，而日本信越已经获得了相关专利授权，将大规模生产该产品。相比SiC，该技术也更具成本优势，接下来SiC是否会受影响？

8英寸硅基GaN

电压突破1200V

4月29日，根据imec官网消息，他们已经和AIXTRON实现了在200mm（8英寸）的衬底上外延生长了符合1200V应用要求的氮化镓缓冲层，而且硬击穿超过1800V。

图释：Imec的1200V缓冲层在25°C时显示的垂直泄漏电流低于1μA / mm2，在150°C电压高达1200V时，垂直泄漏电流低于10μA / mm2，击穿电压在25°C和150°C时均超过1800V。

imec是比利时研究实验室，2019年营收总计为6.4亿欧元（50亿人民币），而AIXTRON是领先的化合物半导体材料沉积设备供应商。

imec表示，多年来，8英寸的硅基GaN技术已取得了巨大进步，但是要获得650V以上工作电压一直是一个挑战，因为要在200mm的硅晶片上生长足够厚的GaN缓冲层很困难。

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据透露，他们能够实现高击穿电压的关键在于，采用了AIXTRON的设备，从而可以对复杂的外延材料叠层进行精心设计，并还结合使用了Qromis公司的200mmQST?衬底。

此前，AIXTRON已经在imec的工厂中安装了AIXTRON G5 + C，接下来他们将会把imec的技术导入到AIXTRON的MOCVD反应器中，以实现快速的产量提升。

除了AIXTRON，2017年Kyma 也曾宣布可以使用K200 HVPE设备，在Qromis的QST衬底上生长8英寸GaN。

另外，imec正在探索垂直GaN器件，以进一步扩展GaN技术的电压和电流范围。

丰田已投资

信越已获得授权

衬底是这项技术实现突破的另一个关键。

据介绍，Qromis总部位于美国硅谷，于2015年成立，并开始QST衬底的商业化。

2020年1月，Qromis获得了由日本SPARX的未公开投资，其中很大一部分来自丰田汽车公司。

同时，Qromis还与日本信越化学签署了专利授权协议，信越负责生产QST衬底和GaN-on-QST外延晶片。而信越将借助QST补充其现有的GaN-on-Si产品阵容。

另外，Qromis还有另一个代工合作伙伴Vanguard国际半导体（VIS），同时还将其关键技术授权给了台湾的晶圆代工厂进行制造。

目前，Qromis已经发布了六英寸和八英寸的QST衬底，以及具有5微米和10微米GaN层的“模板”，产品良率为90%。

GaN临界点已到？

SiC会被替代？

Qromis总裁兼首席执行官Cem Basceri曾表示，他们计划在2025年生产300mm（12英寸）的GaN晶圆，“GaN业务现在到了临界点。”

对于这项新成果，imec认为，到目前为止，SiC仍然是650-1200V的电动汽车和可再生能源等应用的首选，而现在由于能够制造1200V的缓冲层，GaN将有望打开电动汽车等高电压应用的大门，GaN甚至有望替代SiC。

他表示，“现在GaN可以成为20V-1200V工作电压范围内的首选技术，而且由于GaN功率技术可在大产能的CMOS晶圆厂中用较大晶圆上进行处理，所以相比昂贵的SiC技术，它具有显着的成本优势。”

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