电子发烧友网报道(文/梁浩斌)今年一月,电子发烧友网曾报道专注于垂直GaN器件的美国GaN IDM初创公司NexGen Power Systems破产倒闭;而在今年3月,另一家位于美国纽约州的垂直GaN器件公司Odyssey也宣布变卖旗下的晶圆厂资产,并在出售资产后解散公司。
这两家公司此前都拥有自己的晶圆厂,并都推出了性能指标亮眼的垂直GaN器件工程样品,但都倒在了量产前的道路上。而另一边功率GaN行业在充电头应用中爆发之后,已经拓展到各大电源应用领域,近年英飞凌、瑞萨等功率半导体巨头也在积极并购市场上的GaN芯片公司。
尽管一些专注于垂直GaN的公司已经倒下,但从技术上看,垂直GaN依然具备很大的应用前景。
衬底成本高,无法支撑垂直GaN落地
垂直GaN中“垂直”是指器件的结构,简单可以理解为器件中阳极和阴极相对的位置,目前大多数硅基GaN器件是平面型结构,即阳极和阴极处于芯片同一平面上,导通电流在器件中横向流动;而垂直型GaN一般是基于GaN衬底,GaN衬底底面为阴极,阳极则位于上方,导通电流是竖向流动。
由于器件结构上的优势,在相同的器件面积下,可以通过增加位于晶体管内部的漂移层(用于传导电流)的厚度,来提高电压等级,能够用于更高电压的应用中;同时,电流导通路径的面积大,可以承受较高的电流密度。
另外,垂直结构能够更容易产生雪崩效应,在超过击穿电压的情况下,雪崩最初通过反向极化栅源二极管发生,随后导致雪崩电流增加栅源电压并且沟道打开并导通。这是一种设备自我保护的重要属性,如果器件两端电压或导通的电流出现峰值,拥有雪崩特性的器件就可以吸收这些电涌并保持正常运行,在工业领域有很大的应用空间。
一般来说,目前主流的功率GaN都建立在硅基、SiC基等衬底上,由于GaN与其他衬底材料晶格匹配度较低,为了材料生长以及电学特性,需要在衬底与GaN外延层之间加入一层“缓冲层”,比如AlN/AlGaN。
但与横向器件不同的是,垂直GaN器件峰值电场往往出现在远离表面的位置,从而增强抗击穿的鲁棒性,但这也导致了垂直结构GaN器件需要建立在GaN衬底上。GaN单晶衬底目前由于制备效率低,价格极高。
目前主流的制作方式是先在蓝宝石衬底上生长出GaN厚膜,分离后的GaN厚膜再作为外延用的衬底。据某国内GaN器件厂商透露,目前2英寸的GaN衬底价格高达1.5万元人民币,而8英寸硅外延片的市场价不到300元。
包括NexGen 和Odyssey,都采用了GaN衬底来制造垂直GaN器件,成本居高不下或许也是商业上失败的重要原因。
垂直GaN领域持续创新,中国专利崛起
尽管商业化进展目前不太理想,但作为性能上具备优势的技术路线,业界从研究机构到公司,都在持续投入到垂直GaN的开发和创新当中。
比如前面提到GaN衬底成本过高的问题,实际上目前业界也出现了一些不需要GaN衬底的垂直GaN器件制造方法,比如今年2月北京理工大学和北京大学的合作团队开发了一种使用超薄AlGaN缓冲层,基于SiC衬底的垂直GaN SBD器件。
去年10月,日本两家公司OKI(冲电气工业株式会社)和 信越化学合作开发了一项新技术,据称可以降低垂直GaN器件90%的制造成本。这种技术采用信越化学专门为GaN外延生长而开发的QST基板,由于热膨胀系数与GaN相匹配,因此在生长GaN外延的过程中缺陷密度极低,可简化缓冲层,降低生长时间,提升制备效率。
同时8英寸QST衬底的成本与2英寸GaN衬底的成本大致相同,因此可以大幅降低器件的制造成本。
在技术创新的背后,从专利的数量也能够看出垂直GaN领域的活跃情况。
根据knowmade的报告,垂直GaN功率器件的专利开发从2005年开始起步,早期主要由日本公司,包括住友电工、罗姆、丰田等公司领导;在2009到2012年陷入了瓶颈期,每年的发明专利数量较少;2013年在住友电工、丰田、首尔半导体、Avogy(2017年转让专利到NexGen)等玩家推动下,专利活动迎来了爆发。
后续富士电机、电装、松下、博世等玩家的加入,为垂直GaN功率器件领域注入了新鲜血液。而从2019年开始,中国山东大学和西安交通大学开始进入垂直GaN领域的开发,并获得大量新的专利IP;在企业方面,聚力成半导体则成为了垂直GaN领域重要的中国公司之一。
报告中还提到,近几年中国大学研究机构开始加强对知识产权的重视,特别是西安电子科技大学和电子科技大学。这也意味着国内大学研究机构在垂直GaN赛道上正在产出创新的技术,并利用专利组合来推动国内垂直GaN技术的发展。
当然,整体来看,日本依然在垂直GaN的知识产权领域占有主导位置,这与日本在GaN材料领域起步较早有很大关系。
写在最后
垂直GaN作为下一代功率半导体的重要技术之一,商业落地受到很多方面的制约,产业投资规模实际上也称不上大。但创新技术往往距离实用落地仅一步之遥,持续的投资是支撑新技术落地的唯一路径,正如近一年里倒闭的两家垂直GaN公司,都倒在了产品量产前夕。也希望随着产业链的成熟以及新的降本技术出现,能够让垂直GaN更快帮助不同领域的应用升级。
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。
举报投诉
-
GaN
+关注
关注
19文章
1767浏览量
68060 -
功率半导体
+关注
关注
22文章
966浏览量
42461 -
破产
+关注
关注
0文章
11浏览量
6795
发布评论请先 登录
相关推荐
功率GaN,炙手可热的并购赛道?
电子发烧友网报道(文/梁浩斌)继去年英飞凌收购GaN Systems之后,2024年1月,另一家汽车芯片大厂瑞萨也收购了功率GaN公司Transphorm。 Transphorm在2022
禾川科技与印度两家公司完成合作签约仪式,进一步推进全球化布局
2月21日,禾川科技正式与印度RK Automation 以及 Fusion-TECH Mechatronix 两家公司完成合作签约仪式。
初创公司突然倒闭,垂直GaN量产进展如何?
电子发烧友网报道(文/梁浩斌)今年1月,美国GaN初创公司NexGen Power Systems突然被曝人去楼空,工厂被关闭,据消息称该公司在2023年圣诞节前夕就已经破产倒闭。Ne
惠普科技(上海)有限公司注销,对其他两家公司无影响
据了解,在注销日前,惠普旗下在上海共有三家公司,专注于各自领域的业务发展。其中,惠普贸易(上海)有限公司主要负责打印机与计算机的销售以及相关产品进口、物流配送等任务;惠普信息技术研发(上海)有限公司则聚焦于惠普产品的研发服务。
西部数据合并案陷入僵局 闪存业务拆分成两家公司
西部数据(Western Digital)宣布计划将其闪存业务与硬盘驱动器业务分拆为两家独立上市的公司。这一决定是为了满足激进投资者埃利奥特(Elliott Management)的要求,并因应市场变化和竞争压力。
CW32系列微控制器量产前检查清单分享
本文档为基于CW32系列微控制器的设计量产提供建议,也可作为调试新设计时的参考文档。
•第一章描述 MCU 量产前必须关注的硬件配置要求
•第二章描述 MCU 量产前必须关注的软件配置要求
发表于 09-15 06:43
低成本垂直GaN(氮化镓)功率器件的优势
GaN因其特性,作为高性能功率半导体材料而备受关注,近年来其开发和市场导入不断加速。GaN功率器件有两种类型:水平型(在硅晶圆上生长GaN晶体)和垂直型(原样使用
发表于 09-13 15:05
•755次阅读
东莞两家PCB上市公司加速逆周期产能布局
生益电子主营业务为印制电路板的研发、生产和销售,而生益科技则专注于覆铜板和粘结片业务。综合两家企业的中报,其盈利大幅下滑的主要原因为PCB行业需求疲软、价格竞争激烈,导致两家公司产品毛利率同比下降。
芯片量产前:多次投片,走过漫长的路
不同公司拼Wafer,得有个规则,MPW按SEAT来锁定面积,一个SEAT一般是3mm*4mm的一块区域,一般晶圆厂为了保障不同芯片公司均能参与MPW,对每家公司预定的SEAT数目会限制;(其实SEAT多了,成本也就上去了,MP
一种基于全HVPE生长的垂直GaN肖特基势垒二极管
近日,由深圳大学和深圳信息职业技术学院组成的科研团队,研发出了“基于全HVPE生长、具有创纪录的高品质优值(1.1 GW/cm2)的垂直GaN肖特基势垒二极管“,并以“Vertical GaN
简述SMT贴片加工制造务必做好的一些产前准备工作
SMT贴片加工从试样到量产阶段都需要我们做好充分的产前准备工作,确保所有物料能够顺利上线,避免各种停线找料事故的发生
发表于 05-18 09:52
•584次阅读
评论