硅基氮化镓技术成熟吗 硅基氮化镓用途及优缺点

硅基氮化镓是一个正在走向成熟的颠覆性半导体技术，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。

图中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，氮化镓技术必将成为最具发展潜力的新兴技术之一。

硅基氮化镓的优缺点

硅基氮化镓的性能可提供超过70%的功率效率，将每单位面积的功率提高4到6倍，并且可扩展至高频率。硅基氮化镓 （GaN-on-Si） 用作功率 IC 芯片中的电绝缘体。其“绿色”特性包括由于其铝源而产生的超低碳足迹。在此功率 IC 芯片中使用 GaN 可节省高达 80% 的制造和封装流程，并且还能显着提高系统级效率。

硅基氮化镓器件工艺能量密度高、可靠性高，晶圆可以做得很大，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。硅基氮化镓器件具有击穿电压高、导通电阻低、开关速度快、零反向恢复电荷、体积小和能耗低、抗辐射等优势。理论上相同击穿电压与导通电阻下的芯片面积仅为硅的千分之一，目前能做到十分之一。

如果说硅基氮化镓器件有什么缺点，那就是成本和尺寸。但据我们了解，使用了这种器件后，所需要的配套外围电子元件、冷却系统成本大幅降低。虽然论单个器件成本，氮化镓比硅基器件贵，但是论系统整体成本，氮化镓与硅基器件的成本差距已经非常小，在大规模量产后可实现比硅器件更高性能与更低成本。

硅基氮化镓用途

硅基氮化镓应用领域主要包括基站与射频能量两方面在射频能量方面，由于微波射频的加热性，氮化镓可用在更多的工业及生活领域中，包括射频厨具、射频烘干机、射频照明、火花塞甚至智慧农业照明等。在数据通信方面，目前在整个基站信号链路中，PA成本大概要占据40%，因此PA的成本直接影响到整个系统成本。除了通过产能提升降低成本之外，大规模的整合集成也是未来的需求，尤其是针对5G MIMO所对应的64甚至128链路而言，集成度是关键所在，未来CMOS制程的硅基氮化镓MMIC一定会有市场潜力

文章整合自：960化工网、电子产品世界、李铁成