隨著5G和6G通信技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用，相關(guān)基礎(chǔ)電路和硬件技術(shù)的發(fā)展面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了緊跟無線通信技術(shù)的快速發(fā)展步伐，業(yè)界對多種新技術(shù)開展了硬件應(yīng)用技術(shù)層面的評估。氮化鎵技術(shù)成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d技術(shù)之一。

表1 氮化鎵材料與硅的材料特性參數(shù)

如表1所示，氮化鎵材料具有禁帶寬、擊穿電場大、電子飽和漂移速度高及熔點(diǎn)高等特點(diǎn)，非常適合高溫、高頻、高壓及高功率領(lǐng)域器件應(yīng)用。

硅基氮化鎵技術(shù)簡介

硅基氮化鎵技術(shù)是一種將氮化鎵器件直接生長在傳統(tǒng)硅基襯底上的制造工藝。在這個過程中，由于氮化鎵薄膜直接生長在硅襯底上，可以利用現(xiàn)有硅基半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)低成本、大批量的氮化鎵器件產(chǎn)品的生產(chǎn)。

圖 硅基氮化鎵制造工藝流程示意圖

圖所示為硅基氮化鎵制造工藝流程的示意圖，如同制造原子彈一樣，看似原理很簡單，但其過程并非沒有挑戰(zhàn)。事實(shí)證明，由于兩種材料晶格常數(shù)的差異，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的晶格失配，因此，想從硅襯底中生長高質(zhì)量的氮化鎵薄膜異常困難。正是由于這一原因，硅基氮化鎵技術(shù)還無法廣泛應(yīng)用于射頻領(lǐng)域，以意法半導(dǎo)體和鎂可為代表的業(yè)界頭部公司在該技術(shù)上持續(xù)注入了大量研發(fā)資金。

硅基氮化鎵和碳化硅基氮化鎵工藝的不同

碳化硅基氮化鎵器件是以碳化硅（SiC）做襯底，硅基氮化鎵工藝的襯底采用硅基。硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，Wafer可以做的大，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，無論在產(chǎn)能和成本方面，硅基氮化鎵器件有優(yōu)勢些。

MACOM氮化鎵工藝的襯底采用硅基。硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，Wafer可以做的大，目前在8英寸，未來可以做到10英寸、12英寸，整個晶圓的長度可以拉長至2米，無論在產(chǎn)能和成本方面，硅基氮化鎵器件有優(yōu)勢些。

氮化鎵和碳化硅的區(qū)別

氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）功率晶體管這兩種化合物半導(dǎo)體器件已作為方案出現(xiàn)。這些器件與長使用壽命的硅功率橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS） MOSFET和超級結(jié)MOSFET競爭。GaN和SiC器件在某些方面是相似的，但也有很大的差異。

SiC和GaN被稱為“寬帶隙半導(dǎo)體”（WBG），因?yàn)閷⑦@些材料的電子從價帶擴(kuò)散到導(dǎo)帶需要能量： 其中硅（Silicon）所需能量為1.1eV，碳化硅（SiC）則需3.3eV，氮化鎵（GaN）則需3.4eV. 這就帶來了更高的擊穿電壓，在某些應(yīng)用中可高到1200-1700V。

總結(jié)GaN與SiC的比較，以下是重點(diǎn)：

GaN的開關(guān)速度比Si快。

SiC工作電壓比GaN更高。

SiC需要高的門極驅(qū)動電壓。

超級結(jié)MOSFET正逐漸被GaN和SiC取代。SiC似乎是車載充電器（OBC）的最愛。

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