充电革命 第三代半导体材料氮化镓(GaN)的崛起

半导体行业在摩尔定律的“魔咒”下已经狂奔了50多年,随着半导体工艺的特征尺寸日益逼近理论极限,摩尔定律对半导体行业的加速度已经明显放缓。除了进一步发展在摩尔定律下的制造工艺外,寻找硅(si)以外新一代的半导体材料,也就成了一个重要方向。在这个过程中,氮化镓(gan)近年来作为一个高频词汇,进入了人们的视野。
gan是一种新型的半导体材料,中文名为氮化镓,英文名称是 gallium nitride。它是氮和镓的化合物,是一种直接能隙(direct bandgap)的半导体,也是一种宽禁带半导体材料。与碳化硅(sic)一起被成为“第三代半导体材料”,而第三代半导体材料正凭借其优越的性能和巨大的市场前景,成为全球半导体市场争夺的焦点。
为什么gan技术得到了发展?
与gan相比,实际上同为第三代半导体材料的sic的应用研究起步更早,而之所以gan近年来更为抢眼,主要的原因有两点:第一,gan在降低成本方面显示出了更强的潜力,目前主流的gan技术厂商都在研发以si为衬底的gan的器件,以替代昂贵的sic衬底;第二,由于gan器件是个平面器件,与现有的si半导体工艺兼容性强,这使其更容易与其他半导体器件集成。
氮化镓(gan)具有更高的击穿电压(使用gan时大于200v),能够承受高的输入/输出错配(通常》15:1vswr),具有更高的结温,平均无故障时间为一百万个小时。此外,它还具有热导率高、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性。
相较于传统的硅基半导体,gan能够提供显著的优势来支持功率应用,这些优势包括在更高功率获取更大的节能效益,以致寄生功耗大幅降低;gan材料也容许更多精简元件的设计以支持更小的尺寸外观。这与半导体行业一贯的“调性”是吻合的。

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