什么是硅基氮化镓 氮化镓和碳化硅的区别

随着5G和6G通信技术的进一步开发和应用，相关基础电路和硬件技术的发展面临着越来越严峻的挑战。为了紧跟无线通信技术的快速发展步伐，业界对多种新技术开展了硬件应用技术层面的评估。氮化镓技术成为最具发展潜力的新兴技术之一。

表1 氮化镓材料与硅的材料特性参数

如表1所示，氮化镓材料具有禁带宽、击穿电场大、电子饱和漂移速度高及熔点高等特点，非常适合高温、高频、高压及高功率领域器件应用。

硅基氮化镓技术简介

硅基氮化镓技术是一种将氮化镓器件直接生长在传统硅基衬底上的制造工艺。在这个过程中，由于氮化镓薄膜直接生长在硅衬底上，可以利用现有硅基半导体制造基础设施实现低成本、大批量的氮化镓器件产品的生产。

图 硅基氮化镓制造工艺流程示意图

图所示为硅基氮化镓制造工艺流程的示意图，如同制造原子弹一样，看似原理很简单，但其过程并非没有挑战。事实证明，由于两种材料晶格常数的差异，容易产生严重的晶格失配，因此，想从硅衬底中生长高质量的氮化镓薄膜异常困难。正是由于这一原因，硅基氮化镓技术还无法广泛应用于射频领域，以意法半导体和镁可为代表的业界头部公司在该技术上持续注入了大量研发资金。

硅基氮化镓和碳化硅基氮化镓工艺的不同

碳化硅基氮化镓器件是以碳化硅（SiC）做衬底，硅基氮化镓工艺的衬底采用硅基。硅基氮化镓器件工艺能量密度高、可靠性高，Wafer可以做的大，目前在8英寸，未来可以做到10英寸、12英寸，晶圆的长度可以拉长至2米，无论在产能和成本方面，硅基氮化镓器件有优势些。

MACOM氮化镓工艺的衬底采用硅基。硅基氮化镓器件工艺能量密度高、可靠性高，Wafer可以做的大，目前在8英寸，未来可以做到10英寸、12英寸，整个晶圆的长度可以拉长至2米，无论在产能和成本方面，硅基氮化镓器件有优势些。

氮化镓和碳化硅的区别

氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）功率晶体管这两种化合物半导体器件已作为方案出现。这些器件与长使用寿命的硅功率横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS） MOSFET和超级结MOSFET竞争。GaN和SiC器件在某些方面是相似的，但也有很大的差异。

SiC和GaN被称为“宽带隙半导体”（WBG），因为将这些材料的电子从价带扩散到导带需要能量： 其中硅（Silicon）所需能量为1.1eV，碳化硅（SiC）则需3.3eV，氮化镓（GaN）则需3.4eV. 这就带来了更高的击穿电压，在某些应用中可高到1200-1700V。

总结GaN与SiC的比较，以下是重点：

GaN的开关速度比Si快。

SiC工作电压比GaN更高。

SiC需要高的门极驱动电压。

超级结MOSFET正逐渐被GaN和SiC取代。SiC似乎是车载充电器（OBC）的最爱。

文章综合自工信部电子知识产权中心、百度知道、Carbontech、雪球