意法半導(dǎo)體為什么看好硅基氮化鎵技術(shù)?

日前，意法半導(dǎo)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(dǎo)體滿足高效能、高功率的應(yīng)用需求，包括混動(dòng)和電動(dòng)汽車車載充電器、無(wú)線充電和伺服器。

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

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

　　意法半導(dǎo)體汽車與離散元件產(chǎn)品部總裁MarcoMonti表示：「在認(rèn)識(shí)寬帶隙半導(dǎo)體令人難以置信的價(jià)值后，意法半導(dǎo)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(dǎo)體擁有經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)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(zhí)行長(zhǎng)EmmanuelSabonnadiere則表示：「Leti的團(tuán)隊(duì)利用其200mm通用平臺(tái)全力支援意法半導(dǎo)體硅基氮化鎵功率產(chǎn)品的策略規(guī)劃，并完成準(zhǔn)備將該技術(shù)移轉(zhuǎn)到意法半導(dǎo)體圖爾工廠的硅基氮化鎵專用生產(chǎn)線。此項(xiàng)合作需要雙方團(tuán)隊(duì)的共同努力，并利用IRT奈米電子研究所的框架計(jì)劃來(lái)擴(kuò)大所需的專業(yè)知識(shí)并在元件和系統(tǒng)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(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(kāi)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)，那就是單品的價(jià)格偏貴。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。

　　在與LDMOS相比，硅基氮化鎵的性能優(yōu)勢(shì)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(kuò)展至高頻率。同時(shí)，綜合測(cè)試數(shù)據(jù)已證實(shí)，硅基氮化鎵符合嚴(yán)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(dǎo)體行業(yè)前沿技術(shù)之時(shí)正值商用無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)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(shì)已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，這推動(dòng)了其在最新一代4GLTE基站中廣泛應(yīng)用，并使其定位為最適合未來(lái)5G無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)際促技術(shù)，其轟動(dòng)性市場(chǎng)影響可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出手機(jī)連接領(lǐng)域，而將涉足運(yùn)輸、工業(yè)和娛樂(lè)應(yīng)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、照明和汽車點(diǎn)火等商用固態(tài)射頻能量應(yīng)用的價(jià)值和潛力，我們相信上述應(yīng)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。