首片国产8英寸蓝宝石衬底GaNHEMTs晶圆发布!

半导体前沿 2024-04-12 20:33

4月10日,在2024武汉九峰山论坛上,西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授课题组李祥东团队与广东致能科技联合攻关,首次展示了全球首片8英寸蓝宝石基GaN HEMTs晶圆。


据李祥东教授在会上介绍,通过调控外延工艺,其GaN外延片不均匀性控制在4%以内,所制备的HEMTs器件的cp测试良率超过95%,击穿电压轻松突破2000V。



李祥东教授在2024武汉九峰山论坛上报道8英寸蓝宝石基GaN HEMTs晶圆

据行业人士推测,该8英寸蓝宝石基GaN HEMTs晶圆器件具有标志性意义,目前200V以下以及650V左右的GaN功率HEMT已在8英寸晶圆线上实现了量产,然而在8英寸线上实现2000V级别的GaN器件的展示尚属首次。

8英寸晶圆将是GaN成为主流电力电子器件的必由之路,其成本将极具竞争优势:


  • 一方面,由于转向8英寸晶圆,每片GaN HEMTs晶圆的芯片数将比6英寸晶圆多近2倍,GaN器件成本与6英寸方案相比也将大幅下降。


  • 另一方面,采用蓝宝石衬底可以大幅提升GaN耐压,市场应用从消费类转向工业和汽车等领域,需求进一步打开,而随着8英寸蓝宝石衬底制备工艺的日趋成熟和大批量出货,氮化镓器件成本也有望进一步下降。

  • 第三,叠加致能自主开发的超薄缓冲层和简单场板设计等优势,蓝宝石基GaN HEMTs晶圆成本还可降至更低。


据悉,蓝宝石GaN晶圆是一种先进的半导体材料,它结合了GaN的优异电子特性和蓝宝石衬底的高热导性。这种材料在高频、高功率和高温度应用中表现出色,尤其是在光电子和功率电子领域。然而,由于蓝宝石和GaN的结晶常数不同,这种材料的生产面临一些技术挑战,例如缺陷密度较高和无法形成满足高电压、大电流要求的器件。

为了攻克技术难题,研究人员和企业已经开发出了多种生长GaN结晶的方法。其中,氢化物气相外延法(HVPE)是一种常见的方法,它能够在高温下快速生长GaN结晶,但也可能导致晶圆翘曲和缺陷。另一种方法是氨热法,它通过提高氨的温度和压力,使GaN多结晶在超临界状态下溶解,然后在GaN种晶上沉淀出单晶,这种方法可以生成高质量的单结晶,但在生长大尺寸晶圆方面仍需时间积累。

尽管存在技术挑战,但近年来产业界在GaN晶圆的技术研发方面已经取得了显著进展。例如,日本大阪大学和丰田合成株式会社合作研发的新技术,结合了钠助溶剂法和点籽晶法,成功制造出了高质量、低成本的体块式GaN晶圆,这种方法有望实现大尺寸晶圆的生产,并且已经成功制成了6英寸和10英寸的GaN衬底。这些进展表明,GaN晶圆的生产技术正在不断成熟。


来源:行家说三代半、集邦化合物半导体



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