苏州纳米所GaN/Si功率开关器件研究获得重要突破

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苏州纳米所GaN/Si功率开关器件研究获得重要突破

2012.6.12

　　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，从而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，能够形成大规模生产的优势。

　　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。中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米加工平台从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，还聘请国际GaN器件领域著名学者陈敬教授做技术顾问。

　　经过近两年的研发，研究人员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。