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1200V氮化镓挑战SiC是否真的可行？

在全球最大的电力电子展PCIMEurope2023上，旨在以类似硅的成本实现垂直GaN（氮化镓）功率晶体管的欧洲财团YESvGaN介绍了其方案。

近年来，SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）等宽带隙（WBG）功率半导体的开发和市场导入速度加快，但与硅相比成本较高的问题依然存在。此外，GaN功率器件分为在硅片上形成GaN活性层的“水平型”和直接使用GaN衬底的“垂直型”。使用硅片的卧式可以以较低的成本获得GaN的高频特性，但不适合需要650V以上的高耐压的情况。另一方面，垂直型比水平型更适合高电压和大电流，但GaN晶圆价格昂贵，直径小，约为2至4英寸。

YESvGaN是一项于2021年启动的欧洲研究项目，旨在通过展示一种新型垂直GaN功率晶体管来解决这些问题，该晶体管以与硅相当的成本实现垂直WGB晶体管的性能。YESvGaN联盟总部位于七个国家，包括罗伯特博世、意法半导体、Soitec、Siltronic、AIXTRON、X-FAB、德国研究机构FraunhoferIISB、费迪南德布劳恩研究所、比利时根特大学和德国大学等公司。西班牙巴伦西亚23。它由公司/组织组成，由欧盟研发计划“ECSELJU”和欧洲国家资助。

该研究正朝着实现两种垂直特性的方向进行，同时获得在硅或蓝宝石衬底上异质外延生长GaN的成本优势。

之所以不能采用GaNonSilicon（在硅衬底上生长GaN），首先是因为它需要绝缘缓冲层。蓝宝石本身也是绝缘体。因此，该项目正在着手开发一种“垂直GaN薄膜晶体管”，它在GaN生长后去除器件区域正下方的缓冲层、硅和蓝宝石衬底本身，并从背面直接连接到GaN层金属触点。目标是使用最大300mm的硅或蓝宝石晶圆实现耐压为650～1200V级的纵型GaN功率晶体管。据称可以兼顾低成本和高耐压。

在YESvGaN中，参与公司/组织正在按照以下步骤进行研究以实现这一目标。

为实现650-1200V级，在硅/蓝宝石衬底上实现厚漂移层外延生长达300mm的技术开发；

最大1200V/100A导通电阻4mΩcm2垂直GaN功率晶体管的开发及与硅IGBT成本相同的工艺技术；

先进的键合和剥离技术可通过干法蚀刻去除硅衬底和缓冲层，通过激光剥离和背面功率金属化实现蓝宝石衬底剥离和欧姆接触形成；

开发功率晶体管组装和互连技术开发，相应的可靠性表征；

为开发的功率晶体管创建数据表并在多个应用演示机中演示系统效率改进；

在今年的PCIM上，多家参展公司/组织在其展位上介绍了他们的YESvGaN计划。在罗伯特·博世展台的一角，项目协调员克里斯蒂安·胡贝尔负责。

展位上，在硅和蓝宝石上生长了二极管击穿电压超过500V的堆叠层，并在150mmGaNonSilicon晶圆上去除了硅，形成了4μm厚、最大直径为5mm的GaN薄膜。介绍了其进展情况每一步，包括无缺陷形成和带有肖特基二极管的垂直器件的演示实验。展出的还有实际上从GaN器件区域去除了硅的晶圆。

Huber先生说：“目前，最终的晶体管尚未完成。此外，我们正在进行研究，目的是证明这项技术是否可以实现。我们预计这将加速量产。垂直GaN。”

他们想用垂直GaN取代SiC！

一家基于专有的氮化镓（“GaN”）加工技术开发创新型高压功率开关元件的半导体器件公司OdysseySemiconductorTechnologies,Inc今天宣布，公司的垂直GaN产品样品制作完成，并于2023年第一季度开始向客户发货。

该公司的首席执行官评论道：“我们积压的客户一直在热切地等待这些垂直GaN产品样品。我很自豪地报告说，制造已按计划于2022年第四季度完成，现在正在准备样品，以便在本季度晚些时候运送给客户。”“我们将与这些初始客户密切合作，以获得有关他们产品功能的宝贵反馈。我们希望在2023年第二季度末与客户达成产品开发协议。”他接着说。

CEO进一步指出，产品样品制造的完成巩固了Odyssey作为功率应用垂直GaN技术领导者的地位。它需要我们的重要知识产权来制造适用于客户用例的产品。展望未来，Odyssey继续开发和保护所需的IP，并将通过与主要客户合作获得更多优势，这些客户将提供更多见解以确保产品成功。

据报道，Odyssey的垂直GaN方法将比碳化硅或横向GaN提供比硅更大的商业优势。垂直GaN在竞争技术无法达到的性能和成本水平上比碳化硅(SiC)具有10倍的优势。

报道指出，650伏部分是当今更大的市场，预计将以20%的复合年增长率增长。1