1万伏！！国产GaN又创全球最高记录

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2022-03-17 08:17:53 0

最近，苏州晶湛半导体官网宣布，其最新研发的GaN器件创造了一个新纪录——击穿电压超过了10kV，“这是迄今为止全球最高值”。

更为重要的是，该器件的GaN外延结构是基于蓝宝石衬底，因此制备成本比SiC*2-3倍。晶湛认为，这项突破有助于氮化镓打入电动汽车、电网和轨道交通等高压应用领域，具有广阔的潜力。

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创新外延架构

创造全球最高记录

根据晶湛介绍，他们与美国弗吉尼亚理工大学电力电子技术中心（CPES）合作攻关，制备了一款GaN SBD，成功实现了超过10kV的超高击穿电压，这是迄今为止GaN功率器件击穿电压的最高记录。

6月1日，CPES也公布了这件事。

经过测量，晶湛制备的其中一款氮化镓器件的击穿电压约为11kV。高达3kV反向偏置的电容-电压测量结果显示，其电容能量损失仅为1.6μJ/mm。

而且，在实现10kV的超高击穿电压的同时，该器件的巴利加优值高达2.8GW?cm2，导通电阻率低至39mΩ?cm2，远低于10kV耐压的SiC SBD。

这项技术突破的关键技术有两个，包括苏州晶湛的新型多沟道AlGaN/GaN异质结构外延片，以及pGaN降低表面场技术（RESURF)。

其中，晶湛的氮化镓外延材料结构包括：20nm p+GaN/350nm p-GaN帽层，以及23nm Al0.25Ga0.75N/100nmGaN本征层的5个沟道。

图1：多沟道AlGaN/GaN SBD器件结构图

基于蓝宝石

比SiC*3倍

据了解，这种外延结构是晶湛团队通过MOCVD方法在4英寸的蓝宝石衬底上单次连续外延实现，无需二次外延，由于采用廉价的蓝宝石衬底和水平器件结构，其器件的制备成本远低于SiC二极管。

该团队指出，与4英寸SiC相比，4英寸蓝宝石基GaN晶圆的成本降低了2-3倍左右。再加晶湛器件的芯片尺寸更小，因此该器件的材料成本远低于同级SiC SBD，而且横向GaN器件的加工成本也比SiC低。

此外，该团队经过估算，10kV、0.3A RESURF器件的开关品质因数为15.7nCV，而3.3kV、0.3ASIC SBD为30.8nCV。

图2：晶湛SBD与其他GaN、SiC、氧化镓SBD的导通电阻和BV基准的对比情况（虚线为理论极限）。

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