4月10日，在2024武漢九峰山論壇上，西安電子科技大學(xué)郝躍院士、張進成教授課題組李祥東團隊與廣東致能科技聯(lián)合攻關(guān)，展示了全球首片8英寸藍寶石基GaN HEMTs晶圓。通過調(diào)控外延工藝，外延片不均勻性控制在4%以內(nèi)，所制備的HEMTs器件的cp測試良率超過95%，擊穿電壓突破了2000V。
source：致能科技
而在今年1月，致能科技還與郝躍院士、張進成教授團隊等合作攻關(guān)，通過采用致能科技的薄緩沖層AlGaN/GaN外延片，成功在6英寸藍寶石襯底上實現(xiàn)了1700V GaN HEMTs器件。
據(jù)介紹，近年來，藍寶石襯底技術(shù)路線已被廣泛認為是實現(xiàn)1200-3300V GaN HEMTs的首選方案。隨著8英寸藍寶石襯底制備工藝的日趨成熟和大批量出貨，其單片價格將快速跌破1000元人民幣。屆時，疊加超薄緩沖層和簡單場板設(shè)計等優(yōu)勢，藍寶石基GaN HEMTs晶圓成本有望進一步降低，并將對現(xiàn)有Si MOSFET、IGBT以及SiC MOSFET產(chǎn)生強烈沖擊。
據(jù)悉，藍寶石GaN晶圓是一種先進的半導(dǎo)體材料，它結(jié)合了GaN的優(yōu)異電子特性和藍寶石襯底的高熱導(dǎo)性。這種材料在高頻、高功率和高溫度應(yīng)用中表現(xiàn)出色，尤其是在光電子和功率電子領(lǐng)域。然而，由于藍寶石和GaN的結(jié)晶常數(shù)不同，這種材料的生產(chǎn)面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)，例如缺陷密度較高和無法形成滿足高電壓、大電流要求的器件。
為了攻克技術(shù)難題，研究人員和企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了多種生長GaN結(jié)晶的方法。其中，氫化物氣相外延法（HVPE）是一種常見的方法，它能夠在高溫下快速生長GaN結(jié)晶，但也可能導(dǎo)致晶圓翹曲和缺陷。另一種方法是氨熱法，它通過提高氨的溫度和壓力，使GaN多結(jié)晶在超臨界狀態(tài)下溶解，然后在GaN種晶上沉淀出單晶，這種方法可以生成高質(zhì)量的單結(jié)晶，但在生長大尺寸晶圓方面仍需時間積累。
盡管存在技術(shù)挑戰(zhàn)，但近年來產(chǎn)業(yè)界在GaN晶圓的技術(shù)研發(fā)方面已經(jīng)取得了顯著進展。例如，日本大阪大學(xué)和豐田合成株式會社合作研發(fā)的新技術(shù)，結(jié)合了鈉助溶劑法和點籽晶法，成功制造出了高質(zhì)量、低成本的體塊式GaN晶圓，這種方法有望實現(xiàn)大尺寸晶圓的生產(chǎn)，并且已經(jīng)成功制成了6英寸和10英寸的GaN襯底。這些進展表明，GaN晶圓的生產(chǎn)技術(shù)正在不斷成熟。（集邦化合物半導(dǎo)體Zac整理）
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