性能位居前列！ 芯生代科技發(fā)布面向HEMT功率器件的 850V大功率氮化鎵外延產品

溫州芯生代科技有限公司在2023世界青年科學家峰會上隆重發(fā)布了面向高電壓大電流HEMT功率器件應用的850V Cynthus?系列硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延產品。行業(yè)客戶、知名投資機構爭相了解合作。

本次發(fā)布的面向高電壓大電流HEMT功率器件應用的850V Cynthus?系列硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延產品與面向HMET功率器件的其他襯底相比，GaN-on-Si可實現更大的晶圓尺寸和更多元化的應用，并且可迅速導入FAB廠主流的硅基芯片工藝制程，對提升功率器件良率有其獨特優(yōu)勢。通過采用最先進的硅基芯片工藝制程，并與Si CMOS驅動進行高良率的混合集成，利用芯生代科技的850V Cynthus?系列GaN-on-Si外延產品，可開發(fā)出650V、900V、以及1200V HEMT產品，特別適用于設計更小、更高效的電源解決方案。

芯生代850V Cynthus?系列GaN-on-Si外延產品的發(fā)布，在市場上具有標志性意義。傳統(tǒng)的氮化鎵功率器件，因其最高電壓普遍停留在低壓應用階段，應用領域較為狹窄，限制了氮化鎵應用市場的增長。對于高壓GaN-on-Si產品來說，由于氮化鎵外延為異質外延過程，外延過程中存在諸如：晶格失配、膨脹系數失配、位錯密度高、結晶質量低等難題，因此外延生長高壓HMET用外延產品非常具有挑戰(zhàn)性。芯生代科技在創(chuàng)始人兼首席科學家鐘蓉博士的帶領下，通過改進生長機理精確控制成長條件實現了外延片的高均勻性；利用獨特的緩沖層成長技術實現了外延片的高擊穿電壓和低漏電流；通過精確控制成長條件實現了出色的二維電子氣濃度。從而，成功克服GaN-on-Si異質外延生長帶來的難題，成功開發(fā)出適用于高壓的850V Cynthus?系列產品（圖1）。

圖1 芯生代科技850V Cynthus?系列GaN-on-Si外延產品

具體來說：

• 真耐高壓。在耐壓方面，在業(yè)內真正做到850V電壓條件下保持低漏電流（圖2），保證了HEMT器件產品在0-850V的電壓區(qū)間上的安全穩(wěn)定工作，在國內市場中位居前列。利用芯生代的GaN-on-Si外延片，可開發(fā)出650V、900V、以及1200V HEMT產品，推動氮化鎵向更高壓、更高功率應用領域邁進。
• 世界頂尖水平的耐壓控制水平。通過芯生代通過關鍵技術的改進，可在外延層厚度僅為5.33μm即可實現850V的安全工作電壓，實現了158V/μm單位厚度垂直擊穿電壓，誤差小于1.5V/μm，即誤差小于1%（圖2（c）），處于世界頂尖水平。
• 國內首家實現GaN-on-Si外延產品電流密度大于100mA/mm。更大電流密度, 適合大功率應用。通過較小的芯片, 較小的模塊體積, 較少的熱效應，可極大程度的降低模塊成本。適用電網等需要更大功率和更高導通電流的應用場景（圖3）。
• 極低的成本價格，與國內同類型產品相比成本降低70%以上。芯生代首先通過業(yè)內最佳的單位厚度性能提升技術，極大程度上降低外延生長的時間和物料成本，使GaN-on-Si外延片成本趨近于現有硅器件外延的區(qū)間，從而可大幅度降低氮化鎵器件的成本，推動氮化鎵器件產品應用范圍朝著更深和更廣的方向發(fā)展。

（a）外延片厚度為4.81μm時的擊穿電壓

（b）外延片厚度為4.81μm時的擊穿電壓

（c） 單位厚度垂直擊穿電壓

圖2 850V Cynthus?系列氮化鎵外延片擊穿電壓

圖3 850V Cynthus?系列無場板D-mode HEMT器件的源漏極電流密度

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產品（圖4），由于850V Cynthus?系列外延片各方面的優(yōu)異性能，盡管在流片工藝和良率控制方面面臨著挑戰(zhàn)，依然能夠生產出高性能的GaN基HEMT晶圓片，滿足高壓條件下的器件漏電流要求。

圖4 850V Cynthus?系列外延片流片后的晶圓片

鐘蓉博士表示：“由于我們采用了全新的外延生長工藝，可大幅緩解GaN與硅襯底之間的熱應力、調控外延片平整度，同時采用獨有的零缺陷薄膜制備技術，顯著提高了外延層各層薄膜生長的質量，并通過自主研發(fā)的高電壓控制技術，實現了850V Cynthus?系列外延片的高電壓、高穩(wěn)定性和高質量；同時，GaN HEMT器件設計公司可以采用場板或其他手段，將可用電壓提高到遠超過850V，這意味著我們與優(yōu)異的器件設計公司合作，我們現在的技術極有可能用于900V的場景。另外，由于我們新的方法在成本控制方面有顯著的優(yōu)勢，可以將制備成本降低到原來的30%。通過我們的方法，850V Cynthus?系列外延片的成本可以遠遠低于現有硅外延片的成本，意味著氮化鎵器件在800伏電驅或其他高壓應用上將發(fā)揮重要作用，同時相比于碳化硅器件，在成本上也會有更大的優(yōu)勢，證明未來高壓氮化鎵器件在工業(yè)和能源應用市場將會有更大的發(fā)展空間。目前公司正處于上升階段，正在尋找上下游合作機會與開展新一輪融資?！?/p>