國(guó)內(nèi)碳化硅襯底氮化鎵材料試制成功，5G芯片國(guó)產(chǎn)化再進(jìn)一步

　　據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，作為蕪湖大院大所合作的重點(diǎn)項(xiàng)目，國(guó)產(chǎn)化5G通信芯片用最新一代碳化硅襯底氮化鎵材料試制成功，打破國(guó)外壟斷。這標(biāo)志著今后國(guó)內(nèi)各大芯片企業(yè)生產(chǎn)5G通信芯片，有望用上國(guó)產(chǎn)材料。大數(shù)據(jù)傳輸、云計(jì)算、AI技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)，包括下一步的能源傳輸，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度及容量提出了越來(lái)越高的要求，大功率芯片的市場(chǎng)需求非常大。

　　氮化鎵有哪些優(yōu)缺點(diǎn)

　　氮化鎵材料系列具有低的熱產(chǎn)生率和高的擊穿電場(chǎng)，是研制高溫大功率電子器件和高頻微波器件的重要材料，用氮化鎵制備出了金屬場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MESFET)、異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFET)、調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MODFET)等新型器件，是制作微波器件的優(yōu)先材料。

　　氮化鎵的優(yōu)點(diǎn)是禁帶寬度大(3.4eV)，熱導(dǎo)率高(1.3W/cm-K)，則工作溫度高，擊穿電壓高，抗輻射能力強(qiáng);導(dǎo)帶底在Γ點(diǎn)，而且與導(dǎo)帶的其他能谷之間能量差大，則不易產(chǎn)生谷間散射，從而能得到很高的強(qiáng)場(chǎng)漂移速度(電子漂移速度不易飽和);GaN易與AlN、InN等構(gòu)成混晶，能制成各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)得到了低溫下遷移率達(dá)到105cm2/Vs的2-DEG(因?yàn)?-DEG面密度較高，有效地屏蔽了光學(xué)聲子散射、電離雜質(zhì)散射和壓電散射等因素);晶格對(duì)稱性比較低(為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)或四方亞穩(wěn)的閃鋅礦結(jié)構(gòu))，具有很強(qiáng)的壓電性(非中心對(duì)稱所致)和鐵電性(沿六方c軸自發(fā)極化)。在異質(zhì)結(jié)界面附近產(chǎn)生很強(qiáng)的壓電極化(極化電場(chǎng)達(dá)2MV/cm)和自發(fā)極化(極化電場(chǎng)達(dá)3MV/cm)，感生出極高密度的界面電荷，強(qiáng)烈調(diào)制了異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了對(duì)2-DEG的二維空間限制，從而提高了2-DEG的面密度(在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中可達(dá)到1013/cm2，這比AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)中的高一個(gè)數(shù)量級(jí))，這對(duì)器件工作很有意義。

　　氮化鎵的前景

　　氮化鎵的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了其缺點(diǎn)，特別是通過異質(zhì)結(jié)的作用，其有效輸運(yùn)性能并不亞于GaAs，而制作微波功率器件的效果(微波輸出功率密度上)還往往要遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的一切半導(dǎo)體材料。

　　除了軍用雷達(dá)的需求，在有爭(zhēng)議和擁擠的環(huán)境中運(yùn)行的操作要求，以及能夠應(yīng)對(duì)現(xiàn)代敏捷雷達(dá)和通信等優(yōu)勢(shì)，將為RF GaN在電子戰(zhàn)市場(chǎng)帶來(lái)機(jī)會(huì)。在日益復(fù)雜的頻譜環(huán)境中，在更廣泛和更高帶寬上同時(shí)安全地傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻將支持軍事通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。我們預(yù)計(jì)相關(guān)的元器件需求也將越來(lái)越多地受到RF GaN的支撐。”無(wú)線基站仍然是RF GaN的單一最大收入部分，其滲透率越來(lái)越高，同比增長(zhǎng)超過20%。報(bào)告稱，雖然中國(guó)LTE部署的巨大推動(dòng)已經(jīng)結(jié)束，但無(wú)線行業(yè)在維護(hù)和在某些情況下壓縮5G部署時(shí)間表方面做得非常好。由此產(chǎn)生的5G基站部署將成為RF GaN的主要商業(yè)增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力。

　　先進(jìn)半導(dǎo)體應(yīng)用服務(wù)部主管Eric Higham指出，“GaN改善了高頻、瞬時(shí)帶寬、線性度和環(huán)境性能，這使得設(shè)備制造商能夠開發(fā)出更高容量、更高功率和更高性能的無(wú)線電設(shè)備。5G部署將在多個(gè)方面為GaN提供機(jī)會(huì)，需求來(lái)自固定和移動(dòng)應(yīng)用，工作頻率低于6GHz，以及Ka頻段和更高毫米波頻段。無(wú)線回程和VSAT中的RF GaN器件的機(jī)會(huì)也在增長(zhǎng)，我們也看到了相鄰RF能源市場(chǎng)的牽引力?！?/p>