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半導體

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  • 上海知明專業(yè)供應硅基氮化鎵外延片——第三代半導體的低成本高性能解決方案

    硅基氮化鎵(GaN-on-Si)外延片通過異質(zhì)外延技術(shù)將氮化鎵薄膜生長于硅襯底上,兼具GaN材料的高頻、高功率特性與硅襯底的低成本、大尺寸兼容性,是突破碳化硅(SiC)襯底成本限制的關(guān)鍵技術(shù),廣泛應用于5G通信、新能源汽車、工業(yè)電源等領(lǐng)域。

硅基氮化鎵外延片:“低成本·高耐壓·賦能高效能半導體未來”


硅基氮化鎵外延片通過優(yōu)化異質(zhì)外延工藝(如緩沖層設計、應力控制),實現(xiàn)高電子遷移率(>2000 cm²/Vs)、高擊穿電壓(850V+)及低翹曲度(<100μm)。其成本僅為碳化硅基的1/40,適配8英寸硅晶圓量產(chǎn),推動高壓功率器件(如HEMT)在電動汽車、數(shù)據(jù)中心等場景的規(guī)?;瘧?。
 

硅基氮化鎵外延片特性與應用


1、超高耐壓性

采用梯度AlGaN緩沖層設計和優(yōu)化的碳摻雜工藝,使垂直擊穿電壓達到158V/μm的行業(yè)領(lǐng)先水平,可穩(wěn)定支持650V-1200V高壓器件工作。在新能源汽車主驅(qū)逆變器中,采用該技術(shù)的SiC MOSFET模塊可使功率密度提升至50kW/L以上,同時將系統(tǒng)效率提高至98.5%,顯著延長電動汽車續(xù)航里程。充電樁模塊應用時,支持350kW大功率快充,充電效率提升至95%以上。






2、高電子遷移率

通過精確調(diào)控Al組分(28%-32%)和超薄勢壘層設計(12-15nm),實現(xiàn)二維電子氣濃度>8×10¹³ cm?²,室溫遷移率突破2000 cm²/V·s。在5G基站應用中,基于該材料的功率放大器(PA)在3.5GHz頻段可實現(xiàn)>60%的功率附加效率,輸出功率>200W,相比傳統(tǒng)LDMOS方案功耗降低25%,有效解決毫米波通信的散熱難題。







3、低成本優(yōu)勢

創(chuàng)新采用8英寸硅基GaN-on-Si技術(shù),通過優(yōu)化的應力控制緩沖層(厚度<1μm),使晶圓成本較碳化硅基降低70%。在65W PD快充領(lǐng)域,該方案將BOM成本壓縮至$5以下,推動GaN快充市場滲透率突破40%。工業(yè)電源應用時,系統(tǒng)級成本下降30%的同時,功率密度提升3倍。







4、大尺寸兼容性

開發(fā)了針對8英寸硅襯底的特有翹曲控制技術(shù)(<30μm),配合創(chuàng)新的邊緣保護工藝,實現(xiàn)>90%的良品率。單條產(chǎn)線年產(chǎn)能超5000片,可滿足年供50萬輛電動汽車的芯片需求。最新研發(fā)的12英寸工藝樣片已通過可靠性驗證,為下一代產(chǎn)能擴展奠定基礎。




 

 

5、高溫穩(wěn)定性

采用新型鈍化層材料和T型柵結(jié)構(gòu),使器件在>200℃環(huán)境溫度下仍保持穩(wěn)定性能,開關(guān)損耗降低30%。在數(shù)據(jù)中心電源模塊中,允許工作溫度提升至105℃,功率密度達100W/in³;光伏逆變器應用時,MPPT效率>99.5%,系統(tǒng)壽命延長至25年以上。








6、高效率特性

通過單片集成整流和降壓電路,實現(xiàn)>95%的峰值轉(zhuǎn)換效率。在100W無線充電模組中,充電效率達92%,比傳統(tǒng)方案提升7個百分點,同時體積縮小60%。最新研發(fā)的240W快充方案,支持0-80%充電僅需15分鐘,溫升控制在<35℃。



 




 


硅基氮化鎵外延片與技術(shù)關(guān)聯(lián)


1、碳化硅協(xié)同技術(shù)

技術(shù)關(guān)聯(lián):通過創(chuàng)新性開發(fā)GaN-on-SiC復合結(jié)構(gòu),在4H-SiC襯底上異質(zhì)外延生長高質(zhì)量GaN薄膜(厚度2-5μm)。該技術(shù)利用SiC優(yōu)異的導熱性(490W/m·K),使射頻器件的熱阻降低40%,在28GHz工作頻率下,功率密度提升至8W/mm以上。特別適用于5G毫米波基站功放模塊,可顯著改善器件在連續(xù)波模式下的熱穩(wěn)定性,結(jié)溫波動控制在±5℃以內(nèi)。




2、藍寶石基GaN延伸

技術(shù)關(guān)聯(lián):采用圖形化藍寶石襯底(PSS)技術(shù),在2-6英寸藍寶石上外延生長GaN器件層。通過優(yōu)化AlN成核層(厚度<50nm)和應變調(diào)控技術(shù),實現(xiàn)穿透位錯密度<5×10? cm?²。該方案兼具高性價比和高性能優(yōu)勢,既可用于150W級高功率LED芯片制造(光效>200lm/W),又能滿足Sub-6GHz射頻前端模塊需求(fT>80GHz),成本較SiC基降低60%。




3、SOI集成方案

技術(shù)關(guān)聯(lián):基于8英寸SOI(埋氧層厚度1μm)襯底開發(fā)GaN-on-SOI技術(shù),通過介質(zhì)隔離將寄生電容降低至0.15pF/mm²以下。結(jié)合深槽隔離工藝,使器件截止頻率(fmax)突破180GHz,噪聲系數(shù)<1dB@28GHz,完美適配毫米波相控陣天線應用。該技術(shù)已成功應用于77GHz車載雷達芯片,探測距離提升30%的同時,將模塊尺寸縮小50%。




 


知明服務
 

1. 定制化外延:支持電壓(650V-1200V)、晶向(X/Y切型)定制。

2. 精密加工:提供<1μm線寬的干法刻蝕與激光切割服務。

3. 技術(shù)協(xié)同:聯(lián)合開發(fā)HEMT器件PDK,提供流片驗證支持。

4. 檢測認證:SEMI標準參數(shù)報告(翹曲度、缺陷密度等)。