意法半導體為什么看好硅基氮化鎵技術(shù)?

日前，意法半導體和CEATech旗下之研究所Leti宣布合作研發(fā)硅基氮化鎵(GaN)功率切換元件制造技術(shù)。該硅基氮化鎵功率技術(shù)將讓意法半導體滿(mǎn)足高效能、高功率的應用需求，包括混動(dòng)和電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器、無(wú)線(xiàn)充電和伺服器。

　　本合作計劃之重點(diǎn)是在200mm晶圓上開(kāi)發(fā)和驗證制造先進(jìn)硅基氮化鎵架構的功率二極體和電晶體。研究公司HIS預測，該市場(chǎng)將在2024年前將保持超過(guò)20%的年復合成長(cháng)率。意法半導體和Leti利用IRT奈米電子研究所的框架計劃，在Leti的200mm研發(fā)線(xiàn)上開(kāi)發(fā)制程技術(shù)，預計在2019年完成可供驗證的工程樣品。同時(shí)，意法半導體還將建立一條高品質(zhì)生產(chǎn)線(xiàn)，包括GaN/Si異質(zhì)磊晶制程，并計劃2020年前在法國圖爾前段制程晶圓廠(chǎng)進(jìn)行首次生產(chǎn)。

　　此外，有鑒于硅基氮化鎵技術(shù)對電源產(chǎn)品應用的吸引力，Leti和意法半導體正在評估高密度電源模組所需的先進(jìn)封裝技術(shù)。

　　意法半導體汽車(chē)與離散元件產(chǎn)品部總裁MarcoMonti表示：「在認識寬帶隙半導體令人難以置信的價(jià)值后，意法半導體與CEA-Leti開(kāi)始合作研發(fā)硅基氮化鎵功率元件的制造和封裝技術(shù)。意法半導體擁有經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗之生產(chǎn)可靠的高質(zhì)量產(chǎn)品制造能力，于此次合作之后，我們將進(jìn)一步擁有產(chǎn)業(yè)最完整的GaN和SiC產(chǎn)品和功能組合?！?/p>

　　Leti執行長(cháng)EmmanuelSabonnadiere則表示：「Leti的團隊利用其200mm通用平臺全力支援意法半導體硅基氮化鎵功率產(chǎn)品的策略規劃，并完成準備將該技術(shù)移轉到意法半導體圖爾工廠(chǎng)的硅基氮化鎵專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)。此項合作需要雙方團隊的共同努力，并利用IRT奈米電子研究所的框架計劃來(lái)擴大所需的專(zhuān)業(yè)知識并在元件和系統層面從頭開(kāi)始創(chuàng )新?！?/p>

　　前途無(wú)限的硅基氮化鎵

　　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(cháng)度可以拉長(cháng)至2米。硅基氮化鎵器件具有擊穿電壓高、導通電阻低、開(kāi)關(guān)速度快、零反向恢復電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優(yōu)勢。理論上相同擊穿電壓與導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)，那就是單品的價(jià)格偏貴。但據我們了解，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，在大規模量產(chǎn)后可實(shí)現比硅器件更高性能與更低成本。

　　在與LDMOS相比，硅基氮化鎵的性能優(yōu)勢已牢固確立——它可提供超過(guò)70%的功率效率，將每單位面積的功率提高4到6倍，并且可擴展至高頻率。同時(shí)，綜合測試數據已證實(shí)，硅基氮化鎵符合嚴格的可靠性要求，其射頻性能和可靠性可媲美甚至超越昂貴的碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)替代技術(shù)。

　　硅基氮化鎵成為射頻半導體行業(yè)前沿技術(shù)之時(shí)正值商用無(wú)線(xiàn)基礎設施發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)刻。硅基氮化鎵相比于LDMOS技術(shù)的性能優(yōu)勢已經(jīng)過(guò)驗證，這推動(dòng)了其在最新一代4GLTE基站中廣泛應用，并使其定位為最適合未來(lái)5G無(wú)線(xiàn)基礎設施的實(shí)際促技術(shù)，其轟動(dòng)性市場(chǎng)影響可能會(huì )遠遠超出手機連接領(lǐng)域，而將涉足運輸、工業(yè)和娛樂(lè )應用等領(lǐng)域。

　　展望未來(lái)，基于硅基氮化鎵的射頻技術(shù)有望取代舊式磁控管和火花塞技術(shù)，充分發(fā)揮烹飪、照明和汽車(chē)點(diǎn)火等商用固態(tài)射頻能量應用的價(jià)值和潛力，我們相信上述應用的能源/燃料效率以及加熱和照明精度將在不久的將來(lái)發(fā)生質(zhì)的飛躍。