6500V+1200V！国内氮化镓技术再破瓶颈

近日，国内2家机构先后在超高压 GaN 技术领域上取得重要成果：

● 北京大学：新研发4500V GaN，可实现低动态电阻，实现大于6500V 耐压；

● 能华半导体：开发超薄缓冲层外延技术，发布1200V增强型GaN单片集成平台；

北京大学：成功研发超高耐压GaN技术

近日，北京大学崔家玮、魏进团队在2023 IEDM大会上发表了《具有超低动态电阻的6500V 有源钝化氮化镓p型栅高电子迁移率晶体管》论文。

论文提及，该团队已成功研发增强型p 型栅GaN晶体管，并首次在高达 4500V 工作电压下实现低动态电阻工作能力。

据悉，该研究人员是在 GaN 功率器件的表面引入新型有源钝化结构，在蓝宝石衬底成功制备具有该结构的新型器件，使用该结构所制备的器件击穿电压得到大幅度提升，实现大于 6500V 的耐压能力。

有业内人士分析，该技术不仅攻克了制约 GaN 功率器件近 30 年的动态电阻难题，还打破了“GaN 功率器件不适用于千伏级工业电子应用”的固有观念。

这是因为传统 GaN 功率器件不仅受限于击穿电压的电压等级，在高压工作环境下，还具有动态电阻退化特征。在650V 电压等级下，业界通常采用 3 至 4 个场板结构将GaN 功率器件的动态电阻退化控制在可接受程度，但要想实现 6500V及以上 的 GaN 功率器件应用，成本负荷巨大。

然而，北京大学团队的技术突破颠覆了“业界共识”。

他们研究发现GaN 功率器件具有“动态阈值电压”特性，这说明 GaN 器件跟SiC器件类似，阈值电压本质上是动态变化的，而非由材料缺陷所导致；动态电阻退化源于器件表面的陷阱电荷长时间与下方的沟道的载流子相互排斥。 

针对这一发现，该团队引入有源钝化层，迅速中和表面电荷，解决了动态电阻问题，同时利用栅极电压的场效应作用，重新在沟道中产生高浓度的电子，保持正常的电荷浓度。同时，他们发现当p 型层足够薄时可被耗尽，器件从而实现超高的耐压能力。

最终，该团队研发的GaN 功率器件同时实现了三个关键特性：大于 6500V 的超高耐压、增强型工作模式以及超低动态电阻。

据研究团队估计，在大规模量产条件下，同等电流水平的 GaN 器件的成本接近 Si 器件，但在性能上实现了飞跃，有望为新能源汽车、轨道交通、电力传输、分布式储能、清洁能源、数据中心电源等应用设备提供高效率、轻量化、小型化的能源管理系统。

能华半导体：发布1200V 增强型氮化镓单片集成平台

近日，在2023 IEDM 大会上，能华半导体发表了题为《基于超薄缓冲层技术的1200V 增强型氮化镓单片集成平台》的论文，包含高压增强型GaN器件、低压增强型GaN器件、二极管、电阻和电容等，其中高压器件击穿电压达2300V，在1200V电压下的关态漏电仅为100pA/mm，浅槽隔离结构击穿电压达3000V。

据悉，基于能华半导体和东南大学长期的技术合作，双方共同开发了超薄缓冲层(UTB)外延技术，全球首次报道1200V GaN高低压兼容制备工艺，基于该技术研制的1200V GaN半桥集成芯片实现了800V/1MHz/175℃条件下无串扰工作，未来将推动GaN 器件在1200V 应用领域的广泛应用。

官网显示，能华半导体成立于2010年，是国内最早一批专注GaN功率器件的IDM公司。目前，能华半导体同时掌握增强型GaN技术、耗尽型GaN技术和耗尽型GaN直驱方案，产品线涵盖GaN外延片、GaN功率场效应管、GaN集成功率器件以及GaN芯片代工等。

---本文转载自行家说三代半公众号