半導體產業網 消息 2023年11月10日，溫州芯生代科技有限公司在2023世界青年科學家峰會上隆重發布了面向高電壓大電流HEMT功率器件應用的850V Cynthus®系列硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延產品。行業客戶、知名投資機構爭相了解合作。
本次發布的面向高電壓大電流HEMT功率器件應用的850V Cynthus®系列硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延產品與面向HMET功率器件的其他襯底相比，GaN-on-Si可實現更大的晶圓尺寸和更多元化的應用，并且可迅速導入FAB廠主流的硅基芯片工藝制程，對提升功率器件良率有其獨特優勢。通過采用最先進的硅基芯片工藝制程，并與Si CMOS驅動進行高良率的混合集成，利用芯生代科技的850V Cynthus®系列GaN-on-Si外延產品，可開發出650V、900V、以及1200V HEMT產品，特別適用于設計更小、更高效的電源解決方案。
芯生代850V Cynthus®系列GaN-on-Si外延產品的發布，在市場上具有標志性意義。傳統的氮化鎵功率器件，因其最高電壓普遍停留在低壓應用階段，應用領域較為狹窄，限制了氮化鎵應用市場的增長。對于高壓GaN-on-Si產品來說，由于氮化鎵外延為異質外延過程，外延過程中存在諸如：晶格失配、膨脹系數失配、位錯密度高、結晶質量低等難題，因此外延生長高壓HMET用外延產品非常具有挑戰性。芯生代科技在創始人兼首席科學家鐘蓉博士的帶領下，通過改進生長機理精確控制成長條件實現了外延片的高均勻性；利用獨特的緩沖層成長技術實現了外延片的高擊穿電壓和低漏電流；通過精確控制成長條件實現了出色的二維電子氣濃度。從而，成功克服GaN-on-Si異質外延生長帶來的難題，成功開發出適用于高壓的850V Cynthus®系列產品（圖1）。
圖1 芯生代科技850V Cynthus®系列GaN-on-Si外延產品
具體來說：
l真耐高壓。在耐壓方面，在業內真正做到850V電壓條件下保持低漏電流（圖2），保證了HEMT器件產品在0-850V的電壓區間上的安全穩定工作，在國內市場中位居前列。利用芯生代的GaN-on-Si外延片，可開發出650V、900V、以及1200V HEMT產品，推動氮化鎵向更高壓、更高功率應用領域邁進。
世界頂尖水平的耐壓控制水平。通過芯生代通過關鍵技術的改進，可在外延層厚度僅為5.33μm即可實現850V的安全工作電壓，實現了158V/μm單位厚度垂直擊穿電壓，誤差小于1.5V/μm，即誤差小于1%（圖2（c）），處于世界頂尖水平。
國內首家實現GaN-on-Si外延產品電流密度大于100mA/mm。更大電流密度, 適合大功率應用。通過較小的芯片, 較小的模塊體積, 較少的熱效應，可極大程度的降低模塊成本。適用電網等需要更大功率和更高導通電流的應用場景（圖3）。
極低的成本價格，與國內同類型產品相比成本降低70%以上。芯生代首先通過業內最佳的單位厚度性能提升技術，極大程度上降低外延生長的時間和物料成本，使GaN-on-Si外延片成本趨近于現有硅器件外延的區間，從而可大幅度降低氮化鎵器件的成本，推動氮化鎵器件產品應用范圍朝著更深和更廣的方向發展。
（a）外延片厚度為4.81μm時的擊穿電壓
（b）外延片厚度為5.33μm時的擊穿電壓
（c） 單位厚度垂直擊穿電壓
圖2 850V Cynthus®系列氮化鎵外延片擊穿電壓
圖3 850V Cynthus®系列無場板D-mode HEMT器件的源漏極電流密度
基于芯生代850V Cynthus®系列外延片，芯生代科技展示了流片后的器件產品（圖4），由于850V Cynthus®系列外延片各方面的優異性能，盡管在流片工藝和良率控制方面面臨著挑戰，依然能夠生產出高性能的GaN基HEMT晶圓片，滿足高壓條件下的器件漏電流要求。
圖4 850V Cynthus®系列外延片流片后的晶圓片
鐘蓉博士表示：“由于我們采用了全新的外延生長工藝，可大幅緩解GaN與硅襯底之間的熱應力、調控外延片平整度，同時采用獨有的零缺陷薄膜制備技術，顯著提高了外延層各層薄膜生長的質量，并通過自主研發的高電壓控制技術，實現了850V Cynthus®系列外延片的高電壓、高穩定性和高質量；同時，GaN HEMT器件設計公司可以采用場板或其他手段，將可用電壓提高到遠超過850V，這意味著我們與優異的器件設計公司合作，我們現在的技術極有可能用于900V的場景。另外，由于我們新的方法在成本控制方面有顯著的優勢，可以將制備成本降低到原來的30%。通過我們的方法，850V Cynthus®系列外延片的成本可以遠遠低于現有硅外延片的成本，意味著氮化鎵器件在800伏電驅或其他高壓應用上將發揮重要作用，同時相比于碳化硅器件，在成本上也會有更大的優勢，證明未來高壓氮化鎵器件在工業和能源應用市場將會有更大的發展空間。目前公司正處于上升階段，正在尋找上下游合作機會與開展新一輪融資。”