硅基氮化鎵是一個(gè)正在走向成熟的顛覆性半導(dǎo)體技術(shù)，硅基氮化鎵技術(shù)是一種將氮化鎵器件直接生長(zhǎng)在傳統(tǒng)硅基襯底上的制造工藝。在這個(gè)過(guò)程中，由于氮化鎵薄膜直接生長(zhǎng)在硅襯底上，可以利用現(xiàn)有硅基半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)低成本、大批量的氮化鎵器件產(chǎn)品的生產(chǎn)。

圖中所示為硅基氮化鎵制造工藝流程的示意圖，如同制造原子彈一樣，看似原理很簡(jiǎn)單，但其過(guò)程并非沒(méi)有挑戰(zhàn)。事實(shí)證明，由于兩種材料晶格常數(shù)的差異，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的晶格失配，因此，想從硅襯底中生長(zhǎng)高質(zhì)量的氮化鎵薄膜異常困難。正是由于這一原因，硅基氮化鎵技術(shù)還無(wú)法廣泛應(yīng)用于射頻領(lǐng)域，以意法半導(dǎo)體和鎂可為代表的業(yè)界頭部公司在該技術(shù)上持續(xù)注入了大量研發(fā)資金，氮化鎵技術(shù)必將成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d技術(shù)之一。

硅基氮化鎵的優(yōu)缺點(diǎn)

硅基氮化鎵的性能可提供超過(guò)70%的功率效率，將每單位面積的功率提高4到6倍，并且可擴(kuò)展至高頻率。硅基氮化鎵 （GaN-on-Si） 用作功率 IC 芯片中的電絕緣體。其“綠色”特性包括由于其鋁源而產(chǎn)生的超低碳足跡。在此功率 IC 芯片中使用 GaN 可節(jié)省高達(dá) 80% 的制造和封裝流程，并且還能顯著提高系統(tǒng)級(jí)效率。

硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，晶圓可以做得很大，目前在8英寸，未來(lái)可以做到10英寸、12英寸，晶圓的長(zhǎng)度可以拉長(zhǎng)至2米。硅基氮化鎵器件具有擊穿電壓高、導(dǎo)通電阻低、開關(guān)速度快、零反向恢復(fù)電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優(yōu)勢(shì)。理論上相同擊穿電壓與導(dǎo)通電阻下的芯片面積僅為硅的千分之一，目前能做到十分之一。

如果說(shuō)硅基氮化鎵器件有什么缺點(diǎn)，那就是成本和尺寸。但據(jù)我們了解，使用了這種器件后，所需要的配套外圍電子元件、冷卻系統(tǒng)成本大幅降低。雖然論單個(gè)器件成本，氮化鎵比硅基器件貴，但是論系統(tǒng)整體成本，氮化鎵與硅基器件的成本差距已經(jīng)非常小，在大規(guī)模量產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)比硅器件更高性能與更低成本。

硅基氮化鎵用途

硅基氮化鎵應(yīng)用領(lǐng)域主要包括基站與射頻能量?jī)煞矫嬖谏漕l能量方面，由于微波射頻的加熱性，氮化鎵可用在更多的工業(yè)及生活領(lǐng)域中，包括射頻廚具、射頻烘干機(jī)、射頻照明、火花塞甚至智慧農(nóng)業(yè)照明等。在數(shù)據(jù)通信方面，目前在整個(gè)基站信號(hào)鏈路中，PA成本大概要占據(jù)40%，因此PA的成本直接影響到整個(gè)系統(tǒng)成本。除了通過(guò)產(chǎn)能提升降低成本之外，大規(guī)模的整合集成也是未來(lái)的需求，尤其是針對(duì)5G MIMO所對(duì)應(yīng)的64甚至128鏈路而言，集成度是關(guān)鍵所在，未來(lái)CMOS制程的硅基氮化鎵MMIC一定會(huì)有市場(chǎng)潛力

文章整合自：960化工網(wǎng)、電子產(chǎn)品世界、李鐵成