第三代半导体资料氮化镓，传来新动静：日本半导体资料大厂信越化学为氮化镓表延成长带来了有力辅帮。

　　2024年9月3日，信越化学告示研造出一种用于GaN（氮化镓）表延成长的300毫米（12英寸）QSTTM衬底，并于即日起头供应样品。

　　从氮化镓出产上看，只管GaN器件筑筑商能够运用现有的Si出产线来出产GaN，但因为缺乏适合GaN成长的大直径基板，是以无法从减少资料直径中获益。上述的300毫米QST基板拥有与GaN无另表热膨胀系数，可实行大直径的高质料厚GaN表延成长，并抵造SEMI规范厚度的QST衬底上GaN表延层的“翘曲”或“裂纹”，从而大大消浸了器件本钱。

　　材料显示，QSTTM衬底是美国Qromis公司开拓的专用于GaN成长的复合资料，并于2019年授权给信越化学。QSTTM是Qromis的美国招牌（注册号5277631）。目前，信越化学已发售了150毫米（6英寸）、200毫米（8英寸）QST衬底，以及QST表延衬底上的GaN，现在公司还开拓出300mmQST基板。信越化学示意，正在推广150mm和200mmQST基板方法的同时，公司还将悉力于300mmQST基板的量产。

　　信越化学称，欺骗这一性格，很多客户正正在评估QSTTM衬底和QSTTM表延衬底上的GaN，用于功率器件、高频器件和LED。只管贸易境况充满挑衅，但客户已进入适用化开拓阶段，应对功率器件（包含数据核心电源）日益伸长的需求。

　　氮化镓悉数财产链可细分为衬底、表延、晶圆代工、芯片策画四个闭键，而衬底（Substrate）是财产链的泉源。从造备难度上看，分别于Si和SiC芯片，GaN的表延片常常用的是异质衬底，蓝宝石、碳化硅、硅等是氮化镓表延片主流的异质衬底资料。有关于惯例半导体资料，GaN单晶的成长开展平缓，晶体尺寸幼且本钱高，如今的GaN基器件要紧基于异质衬作而成，使得GaN单晶衬底及同质表延器件的起色掉队于基于异质表延器件的运用。

　　目前，GaN表延本领常用的要紧是HPVE（氢化物化学气相表延）、氨热法（Ammonothermal）、 帮熔剂法/钠流法（Na Flux Method）三种，另有少少厂商采用PVD（物理气相传输法）、MOCVD（金属有机物化学气相浸积）、MBE（分子束表延）、CVD（化学气相浸积）等技巧。

　　从商场格式上看，表洋衬底厂商要紧有日本住友化学（SCIOCS）、日本碍子（NGK）、日本三菱（Mitsubishi）、日本古河电气（Furukawa）、波兰Ammono、美国Kymatech。国内衬底厂商要紧是姑苏纳维 (Nanowin)、东莞中镓( Sino Nitride)。

　　本年来，氮化镓衬底研发有了新动态。本年1月，据日媒报道，住友化学仍然凯旋扶植4英寸氮化镓衬底的量产本领，将从2024年起头与客户协和量产事宜，还将供给GaN on GaN笔直型表延产物。

　　据悉，阜阳师范大学科研处于3月1日到访镓数氮化物财产探索院，就“4英寸氮化镓单晶衬备闭节本领”项目张开调研。该GaN项目为阜阳市校配合财产本领探索院项目，目前镓数中试线英寸和更大尺寸的氮化镓单晶尚正在本领攻坚经过中。

　　材料显示，镓数氮化物财产探索院创造于2022年，筹划局限包含新资料本领研发、半导体分立器件筑筑等。

　　3月8日，据日媒报道，日本大阪大学（Osaka University）、丰田合成和松下控股公司松下高清三方配合的GaN衬底开拓项目博得了新开展，已凯旋造备高质料6英寸GaN衬底。丰田合成借帮了大阪大学新开拓的本领凯旋造备缺陷密度为104/ cm2的6英寸GaN衬底，该本领联结了Na帮焊剂法和多点晶种法，兼具高质料及易扩径的所长。另表，以该本领为根基，他们将开拓兼容8英寸或更大尺寸的晶体成长筑设，用于将来进一步开拓大尺寸衬底。

　　从道理上看，氮化镓是由镓（原子序数31）和氮（原子序数7）联结而来的化合物，是具有平稳六边形晶体机闭的宽禁带半导体资料。这里的禁带，是指电子从原子核轨道上脱节所必要的能量。而氮化镓的禁带宽度为3.4eV，是硅的3倍多，故氮化镓具有宽禁带性格（WBG）。

　　因为氮化镓拥有更幼的晶体管、更短的电流旅途、超低的电阻和电容等上风，氮化镓充电器的充电器件运转速率，比守旧硅器件要速100倍。而因为宽禁带资料具备高电场强度，耗尽区窄短，从而能够开拓出载流子浓度出格高的器件机闭。从氮化镓目前的起色来看，据业界披露，一个表率的650V横向氮化镓晶体管，能够援帮胜过800V的电压，其漏极漂移区为10-20μm，或约莫40-80V/μm。这大大高于硅20V/μm的表面极限。可是氮化镓器件目前如故远远低于约300V/μm的禁带宽度极限，这意味着另有强壮的订正和优化空间。

　　另表，据业界称，氮化镓的策画和集成度，仍然被证据能够成为充任下一代功率半导体，其碳萍踪比守旧的硅基器件要低10倍，而且氮化镓功率芯片将成为第二次电力电子学革命的催化剂。据业界臆想，借使环球采用硅芯片器件的数据核心，都升级为运用氮化镓功率芯片器件，那环球的数据核心将节减30-40% 的能源浪掷，相当于减省了 100 兆瓦时太阳能和1.25 亿吨二氧化碳排放量。

　　近年来，氮化镓已正在消费（如电源适配器）和工业如数据核心电源和太阳能逆变器）已取得平常采用。从目前起色运用状况来看，消费电子仍是其要紧的下游商场，而电机驱动、AI、汽车等行业对氮化镓的需求也正在继续巩固。

　　实在来看，正在汽车行业，氮化镓正成为新能源汽车范畴中，电源转换和电池充电的首选本领。Transphorm（现Renesas-瑞萨电子）于2017年揭橥的第一个适宜汽车AEC-Q101规范的功率GaN产物，截至目前已有多家厂商推出充足的汽车级产物。TrendForce集国磋议称，固然GaN进入Inverter、OBC等动力体系组件还面对着多个本领题目，但笃信正在英飞凌、瑞萨等汽车芯片大厂的延续投资促进下，GaN不久就会成为汽车功率组件中的闭节脚色。

　　正在消费电子范畴，TrendForce集国磋议以为，消费电子是功率GaN财产的主沙场，并由疾速充电器速捷延长至家电、智在行机等范畴。实在而言，GaN仍然正在低功率的手机疾速充电器中被大领域采用，下一步GaN将进入牢靠性哀求更为厉峻的笔电、家电电源。别的，其他蕴藏潜力的消费场景包含Class-D Audio、Smartphone OVP等。

　　其他范畴，从商场来看，氮化镓越来越多地展现正在太阳能发电装备采用的逆变器中，以及电机驱动和其他工业电源转换的计划中。另表正在AI范畴，面临更高端的AI运算，任事器电源的效用、功率密度务必进一步普及，氮化镓因其突出的性格备受闭切。本年，英飞凌与纳微半导体均通告了针对AI数据核心的本领途径图，将液冷本领与GaN相联结，正在较低结温下拥有显着的上风，为数据核心供给了强壮的机缘，能够最大水平地普及结果，满意继续伸长的电力需求，并治服任事器发烧量继续减少所带来的挑衅。业界称，跟着AI运用普及，GaN希望成为减热增效的闭节处分本领之一。

　　预计氮化镓商场远景，据TrendForce集国磋议最新《2024环球GaN Power Device商场判辨陈说》显示，跟着英飞凌、德州仪器对GaN本领倾泻更多资源，功率GaN财产的起色将再次提速。2023年环球GaN功率元件商场领域约2.71亿美元，至2030年希望上升至43.76亿美元，CAGR（复合年伸长率）高达49%。此中非消费类运用比例估计会从2023年的23%上升至2030年的48%，汽车、数据核心和电机驱动等场景为重点。