成本降低70%！国产高压GaN又有新成果

最近，国产氮化镓又有新的技术成果。

11月10日，温州芯生代科技有限公司隆重发布了850VCynthus系列硅基氮化镓（GaN-on-Si）外延，有助于帮助GaN HEMT功率器件拓展氮化镓在汽车主驱等高压应用领域。

据悉，芯生代科技的850V氮化镓外延片具有以下几个特点和优势：

成本可降低70%，远低于硅外延片；

采用场板或其他手段，将可用电压提高到900V，甚至1200V；

外延厚度仅5.33μm即可实现850V的安全工作电压；

单位厚度垂直击穿电压为158V/μm，误差小于1%；

外延电流密度大于100mA/mm，国内首家。

850V GaN外延首发

高性价比、拥有4大优势

芯生代科技本次发布850V Cynthus系列硅基氮化镓（GaN-on-Si）外延，主要面向高电压、大电流HEMT功率器件应用。

芯生代科技认为，850V硅基氮化镓外延产品的发布在市场上具有标志性意义。

据介绍，利用芯生代科技的850V硅基GaN外延产品，能够开发出650V、900V以及1200V GaNHEMT产品。而传统的氮化镓功率器件，其最高电压普遍停留在650V等中低压范围，导致应用领域较为狭窄，限制了氮化镓应用市场的增长。

众所周知，开发高压GaN-on-Si产品非常具有挑战性，这主要是因为氮化镓外延为异质外延过程，外延过程中存在诸如：晶格失配、膨胀系数失配、位错密度高、结晶质量低等难题。

据透露，芯生代科技在创始人兼首席科学家钟蓉博士的带领下，采用3大技术成功克服了GaN-on-Si异质外延生长的难题，成功开发出适用于高压的850V氮化镓外延产品：

通过改进生长机理精确控制成长条件，从而实现了外延片的高均匀性；

利用独特的缓冲层成长技术，实现了外延片的高击穿电压和低漏电流；

通过精确控制成长条件实现了出色的二维电子气浓度。

图1 ：芯生代科技850V Cynthus系列GaN-on-Si外延产品

具体来说，芯生代科技的Cynthus系列产品拥有4大优势：

●真耐高压。在耐压方面，在业内真正做到850V电压条件下保持低漏电流（图2），保证了HEMT器件产品在0-850V的电压区间上的安全稳定工作，在国内市场中位居前列。利用芯生代的GaN-on-Si外延片，可开发出650V、900V、以及1200V HEMT产品，推动氮化镓向更高压、更高功率应用领域迈进。

●世界顶尖水平的耐压控制水平。通过芯生代通过关键技术的改进，可在外延层厚度仅为5.33μm即可实现850V的安全工作电压，实现了158V/μm单位厚度垂直击穿电压，误差小于1.5V/μm，即误差小于1%（图2（c）），处于世界顶尖水平。

（a）外延片厚度为4.81μm时的击穿电压

（b）外延片厚度为4.81μm时的击穿电压

（c） 单位厚度垂直击穿电压

图2 850V Cynthus系列氮化镓外延片击穿电压

●国内首家实现GaN-on-Si外延产品电流密度大于100mA/mm。更大电流密度, 适合大功率应用。通过较小的芯片, 较小的模块体积, 较少的热效应，可极大程度的降低模块成本。适用电网等需要更大功率和更高导通电流的应用场景（图3）。

图3 850V Cynthus系列无场板D-mode HEMT器件的源漏极电流密度

●极低的成本，与国内同类型产品相比成本降低70%以上。芯生代首先通过业内最佳的单位厚度性能提升技术，极大程度上降低外延生长的时间和物料成本，使GaN-on-Si外延片成本趋近于现有硅器件外延的区间，从而可大幅度降低氮化镓器件的成本，推动氮化镓器件产品应用范围朝着更深和更广的方向发展。

成本比现有硅外延低70%

有望拓展主驱等高压应用市场

目前，基于芯生代850V Cynthus系列外延片，芯生代科技展示了流片后的器件产品（图4）。

由于850V Cynthus系列外延片各方面的优异性能，尽管在流片工艺和良率控制方面面临着挑战，依然能够生产出高性能的GaN基HEMT晶圆片，满足高压条件下的器件漏电流要求。

图4 850V Cynthus系列外延片流片后的晶圆片

钟蓉博士进一步介绍道：“由于我们采用了全新的外延生长工艺，可大幅缓解GaN与硅衬底之间的热应力、调控外延片平整度，同时采用独有的零缺陷薄膜制备技术，显著提高了外延层各层薄膜生长的质量，并通过自主研发的高电压控制技术，实现了850V Cynthus系列外延片的高电压、高稳定性和高质量。” 与此同时，钟蓉博士还透露，透过Cynthus系列外延片，GaN HEMT器件设计公司可以采用场板或其他手段，将可用电压提高到远超过850V，“这意味着我们与优异的器件设计公司合作，我们现在的技术极有可能用于900V的场景。” 更为重要的是，芯生代科技新的方法在成本控制方面有显著的优势，可以将制备成本降低到原来的30%。因此，850V Cynthus系列外延片的成本甚至可以远远低于现有硅外延片的成本，这意味着氮化镓器件在800伏电驱或其他高压应用上将发挥重要作用，同时相比于碳化硅器件，在成本上也会有更大的优势，证明未来高压氮化镓器件在工业和能源应用市场将会有更大的发展空间。 最后，钟蓉博士表示，目前芯生代公司正处于上升阶段，正在寻找上下游合作机会与开展新一轮融资。