1萬伏！！國產GaN又創全球最高記錄

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2022-03-17 08:18:53 4

最近，蘇州晶湛半導體官網宣布，其最新研發的GaN器件創造了一個新紀錄——擊穿電壓超過了10kV，“這是迄今為止全球最高值”。

更為重要的是，該器件的GaN外延結構是基于藍寶石襯底，因此制備成本比SiC*2-3倍。晶湛認為，這項突破有助于氮化鎵打入電動汽車、電網和軌道交通等高壓應用領域，具有廣闊的潛力。

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創新外延架構

創造全球最高記錄

根據晶湛介紹，他們與美國弗吉尼亞理工大學電力電子技術中心（CPES）合作攻關，制備了一款GaN SBD，成功實現了超過10kV的超高擊穿電壓，這是迄今為止GaN功率器件擊穿電壓的最高記錄。

6月1日，CPES也公布了這件事。

經過測量，晶湛制備的其中一款氮化鎵器件的擊穿電壓約為11kV。高達3kV反向偏置的電容-電壓測量結果顯示，其電容能量損失僅為1.6μJ/mm。

而且，在實現10kV的超高擊穿電壓的同時，該器件的巴利加優值高達2.8GW?cm2，導通電阻率低至39mΩ?cm2，遠低于10kV耐壓的SiC SBD。

這項技術突破的關鍵技術有兩個，包括蘇州晶湛的新型多溝道AlGaN/GaN異質結構外延片，以及pGaN降低表面場技術（RESURF)。

其中，晶湛的氮化鎵外延材料結構包括：20nm p+GaN/350nm p-GaN帽層，以及23nm Al0.25Ga0.75N/100nmGaN本征層的5個溝道。

圖1：多溝道AlGaN/GaN SBD器件結構圖

基于藍寶石

比SiC*3倍

據了解，這種外延結構是晶湛團隊通過MOCVD方法在4英寸的藍寶石襯底上單次連續外延實現，無需二次外延，由于采用廉價的藍寶石襯底和水平器件結構，其器件的制備成本遠低于SiC二極管。

該團隊指出，與4英寸SiC相比，4英寸藍寶石基GaN晶圓的成本降低了2-3倍左右。再加晶湛器件的芯片尺寸更小，因此該器件的材料成本遠低于同級SiC SBD，而且橫向GaN器件的加工成本也比SiC低。

此外，該團隊經過估算，10kV、0.3A RESURF器件的開關品質因數為15.7nCV，而3.3kV、0.3ASIC SBD為30.8nCV。

圖2：晶湛SBD與其他GaN、SiC、氧化鎵SBD的導通電阻和BV基準的對比情況（虛線為理論極限）。

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