意法半导体为什么看好硅基氮化镓技术？

日前，意法半导体和CEA Tech旗下之研究所Leti宣布合作研发硅基氮化镓（GaN）功率切换元件制造技术。该硅基氮化镓功率技术将让意法半导体满足高效能、高功率的应用需求，包括混动和电动汽车车载充电器、无线充电和伺服器。

本合作计划之重点是在200mm晶圆上开发和验证制造先进硅基氮化镓架构的功率二极体和电晶体。研究公司HIS预测，该市场将在2024年前将保持超过20%的年复合成长率。意法半导体和Leti利用IRT奈米电子研究所的框架计划，在Leti的200mm研发线上开发制程技术，预计在2019年完成可供验证的工程样品。同时，意法半导体还将建立一条高品质生产线，包括GaN／Si异质磊晶制程，并计划2020年前在法国图尔前段制程晶圆厂进行首次生产。

此外，有鉴于硅基氮化镓技术对电源产品应用的吸引力，Leti和意法半导体正在评估高密度电源模组所需的先进封装技术。

意法半导体汽车与离散元件产品部总裁Marco Monti表示：「在认识宽带隙半导体令人难以置信的价值后，意法半导体与CEA-Leti开始合作研发硅基氮化镓功率元件的制造和封装技术。意法半导体拥有经过市场检验之生产可靠的高质量产品制造能力，于此次合作之后，我们将进一步拥有产业最完整的GaN和SiC产品和功能组合。」

Leti执行长Emmanuel Sabonnadiere则表示：「Leti的团队利用其200mm通用平台全力支援意法半导体硅基氮化镓功率产品的策略规划，并完成准备将该技术移转到意法半导体图尔工厂的硅基氮化镓专用生产线。此项合作需要双方团队的共同努力，并利用IRT奈米电子研究所的框架计划来扩大所需的专业知识并在元件和系统层面从头开始创新。」

前途无限的硅基氮化镓

硅基氮化镓器件工艺能量密度高、可靠性高，晶圆可以做得很大，目前在8英寸，未来可以做到10英寸、12英寸，晶圆的长度可以拉长至2米。硅基氮化镓器件具有击穿电压高、导通电阻低、开关速度快、零反向恢复电荷、体积小和能耗低、抗辐射等优势。理论上相同击穿电压与导通电阻下的芯片面积仅为硅的千分之一，目前能做到十分之一。

如果说硅基氮化镓器件有什么缺点，那就是单品的价格偏贵。但据我们了解，使用了这种器件后，所需要的配套外围电子元件、冷却系统成本大幅降低。虽然论单个器件成本，氮化镓比硅基器件贵，但是论系统整体成本，氮化镓与硅基器件的成本差距已经非常小，在大规模量产后可实现比硅器件更高性能与更低成本。

在与LDMOS相比，硅基氮化镓的性能优势已牢固确立——它可提供超过70%的功率效率，将每单位面积的功率提高4到6倍，并且可扩展至高频率。同时，综合测试数据已证实，硅基氮化镓符合严格的可靠性要求，其射频性能和可靠性可媲美甚至超越昂贵的碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)替代技术。

  硅基氮化镓成为射频半导体行业前沿技术之时正值商用无线基础设施发展的关键时刻。硅基氮化镓相比于LDMOS技术的性能优势已经过验证，这推动了其在最新一代4G LTE基站中广泛应用，并使其定位为最适合未来5G无线基础设施的实际促技术，其轰动性市场影响可能会远远超出手机连接领域，而将涉足运输、工业和娱乐应用等领域。

  展望未来，基于硅基氮化镓的射频技术有望取代旧式磁控管和火花塞技术，充分发挥烹饪、照明和汽车点火等商用固态射频能量应用的价值和潜力，我们相信上述应用的能源/燃料效率以及加热和照明精度将在不久的将来发生质的飞跃。