意法半導體為什么看好硅基氮化鎵技術?

日前，意法半導體和CEATech旗下之研究所Leti宣布合作研發硅基氮化鎵(GaN)功率切換元件制造技術。該硅基氮化鎵功率技術將讓意法半導體滿足高效能、高功率的應用需求，包括混動和電動汽車車載充電器、無線充電和伺服器。

　　本合作計劃之重點是在200mm晶圓上開發和驗證制造先進硅基氮化鎵架構的功率二極體和電晶體。研究公司HIS預測，該市場將在2024年前將保持超過20%的年復合成長率。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研發線上開發制程技術，預計在2019年完成可供驗證的工程樣品。同時，意法半導體還將建立一條高品質生產線，包括GaN/Si異質磊晶制程，并計劃2020年前在法國圖爾前段制程晶圓廠進行首次生產。

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

　　意法半導體汽車與離散元件產品部總裁MarcoMonti表示：「在認識寬帶隙半導體令人難以置信的價值后，意法半導體與CEA-Leti開始合作研發硅基氮化鎵功率元件的制造和封裝技術。意法半導體擁有經過市場檢驗之生產可靠的高質量產品制造能力，于此次合作之后，我們將進一步擁有產業最完整的GaN和SiC產品和功能組合。」

　　Leti執行長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品的策略規劃，并完成準備將該技術移轉到意法半導體圖爾工廠的硅基氮化鎵專用生產線。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擴大所需的專業知識并在元件和系統層面從頭開始創新。」

　　前途無限的硅基氮化鎵

　　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，未來可以做到10英寸、12英寸，晶圓的長度可以拉長至2米。硅基氮化鎵器件具有擊穿電壓高、導通電阻低、開關速度快、零反向恢復電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優勢。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。

　　如果說硅基氮化鎵器件有什么缺點，那就是單品的價格偏貴。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非常小，在大規模量產后可實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勢已牢固確立——它可提供超過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，綜合測試數據已證實，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。

　　硅基氮化鎵成為射頻半導體行業前沿技術之時正值商用無線基礎設施發展的關鍵時刻。硅基氮化鎵相比于LDMOS技術的性能優勢已經過驗證，這推動了其在最新一代4GLTE基站中廣泛應用，并使其定位為最適合未來5G無線基礎設施的實際促技術，其轟動性市場影響可能會遠遠超出手機連接領域，而將涉足運輸、工業和娛樂應用等領域。

　　展望未來，基于硅基氮化鎵的射頻技術有望取代舊式磁控管和火花塞技術，充分發揮烹飪、照明和汽車點火等商用固態射頻能量應用的價值和潛力，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發生質的飛躍。