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氮化镓技术壁垒是什么,氮化镓优异特性介绍

时间:2023-04-27 11:26来源:未知 作者:admin 点击:
根据阿里巴巴达摩院发布的《2021十大科技趋势》预测的第一大趋势是“以 氮化镓 (GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第三代 半导体 迎来应用大爆发”。 达摩院指出,近年来第三代半导体

  根据阿里巴巴达摩院发布的《2021十大科技趋势》预测的第一大趋势是“以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体迎来应用大爆发”。

  达摩院指出,近年来第三代半导体的性价比优势逐渐显现,正在打开应用市场:SiC元件已用作汽车逆变器,GaN快速充电器也大量上市。

  目前正处于第三代半导体材料时代,已经从第一代的硅,第二代的砷化镓发展到现在的碳化硅,氧化锌以及氮化镓。

  氮化镓产业链包括衬底、外延、芯片设计、芯片制造、封测、下游应用等垂直分布环节。

  氮化镓(GaN)是最具代表性的第三代半导体材料,成为高温、高频、大功率微波器件的首选材料之一,是迄今为止理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。

  氮化镓优异特性:

 

  资料来源:品利基金

  目前GaN器件有三分之二应用于军工电子,如军事通讯、电子、干扰、雷达等领域;在民用领域,氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。

  作为第三代半导体材料,氮化镓的应用前景广泛,在数据中心,新能源汽车等领域都有运用。而国产企业实现“氮化镓芯片”崛起,跻身全球第三,并打破了美国技术垄断。

  其中国产企业英诺赛科打破美国技术垄断,实现了国产氮化镓芯片的崛起。目前英诺赛科的氮化镓功率芯片出货量跻身世界前三,而且英诺赛科在苏州还拥有一座第三代半导体生产基地,可实现8英寸硅基氮化镓晶圆的大规模量产。

  产能满载的情况下每月可生产6.5万片晶圆。这座半导体生产基地集合了研发、设计、制造于一体,为英诺赛科提供很大的市场竞争优势。

  目前全球绝大多数半导体元件,都是以硅作为基础功能材料的硅基半导体,不过,在高电压功率元件应用上,硅基元件因导通电阻过大,往往造成电能大量损耗,且在高频工作环境下,硅元件的切换频率相对较低,性能不如宽频化合物半导体材料。

  虽然GaN相比于Si等材料更节能、更快,具备更好的恢复特性,但是仍然谈不上彻底取代。由于若干原因,GaN并不常用于晶体管中,因为GaN器件通常是耗尽型器件,当栅极 - 源极电压为零时它们会产生导通,这是一个问题。

  其次,GaN器件极性太大,难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触,这是GaN器件制造中的一个难题,现在最好的解决办法就是采用异质结,首先让禁带宽度逐渐过渡到较小一些,然后再采用高掺杂来实现欧姆接触,但这种工艺很复杂。

  硅基半导体受限硅材料的物理性质,而氮化镓、碳化硅则因导通电阻远小于硅基材料,导通损失、切换损失降低,可带来更高的能源转换效率。挟著高频、高压等优势,加上导电性、散热性佳,元件体积也较小,适合功率半导体应用,近来在 5G、电动车等需求推升下,氮化镓等材料崛起成为半导体材料明日之星。

  氮化镓充电器为何越来越火?

  我们平时使用的充电器基础材料是“硅”,在这么多年的研究开发后,基本已经没有突破的空间了。而相比第一代半导体材料硅,氮化镓具有禁带宽度大、导通电阻低、开关频率高等特点。禁带宽度大意味着充电器能够承载较高的电压和温度,因此能承受相比普通充电器更高的充电功率;导通电阻低就比较好理解了,可以避免充电过热的情况发生,提升充电过程的安全性。

  目前来说,氮化镓充电器最主要缺点就是成本高,这或许是唯一的缺点了。

  文章综合自乐晴智库、妙语侃科技、今日半导体、齐齐数码宝贝

(责任编辑:admin)
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