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苏州纳米所GaN/Si功率开关器件研究获得重大突破
2012-06-11| 文章来源:加工平台 蔡勇| 【

随着能效标准不断提高,基于硅(Si)材料的功率器件改进空间越来越小;人们将目光投向新材料领域,以期实现根本改进,引发新一代功率器件技术的革命性突破。众多新材料中,基于氮化镓(GaN)的复合材料最引人关注。GaN基功率器件具有击穿电压高、电流密度大、开关速度快、工作温度高等优点,性能远优于Si基器件;采用GaN基功率开关器件的电子系统效率可改善3.5%至7%,体积可减小35%,兼具高性能和高可靠性。GaN外延材料可以选择多种衬底,其中Si衬底上外延生长GaN具有明显的成本优势,一方面Si衬底的价格很低,另一方面Si衬底的尺寸很大(8吋、12吋),能够形成大规模生产的优势。因此,Si衬底上GaN(GaN/Si)的功率开关器件被认为是最具市场竞争力的发展方向。IR、Infineon、Fairchild、Samsung等国际大型功率器件公司正积极研制GaN功率开关器件,有些已处于试生产阶段。预计2015年市场规模3.5亿美元,随后进入急剧增长期,将来可达到百亿美元的市场规模。

GaN/Si功率开关器件的研制涵盖了材料生长、器件芯片加工和封装等方面,技术难度极具挑战性,真正能实现GaN/Si功率开关器件的单位也是屈指可数。中科院苏州纳米所纳米加工平台从2010年开始对GaN/Si功率开关器件的关键技术开展研究,并且与苏州硅能半导体技术有限公司建立合作,此外还聘请国际GaN器件领域著名的香港科技大学陈敬教授做技术顾问。经过近两年的研发,近期成功研制出阈值电压3.5V、输出电流5.3A、栅极输入电压最高可达15V、击穿电压402V的AlGaN/GaN/Si HEMT常关型功率开关器件。这也是国内首次报道GaN/Si功率开关器件,它实现了对现有Si功率器件的直接替代,满足了器件应用的安全性指标要求,达到国际领先水平。

AlGaN/GaN/Si功率开关器件

芯片内部照片

AlGaN/GaN/Si功率开关器件的输出特性曲线

 
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