電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）根據(jù) TrendForce 集邦咨詢的研究數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)氮化鎵（GaN）功率器件市場(chǎng)規(guī)模將從 2024 年的 3.9 億美元攀升至 2030 年的 35.1 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 44%。在此大背景下，國(guó)產(chǎn)氮化鎵器件發(fā)展?jié)摿薮蟆?br /> ?
CSEAC 2025 以 “專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化、國(guó)際化” 為宗旨，涵蓋展覽展示、主旨論壇、專題論壇、圓桌對(duì)話、產(chǎn)業(yè)上下游對(duì)接會(huì)、人才招聘會(huì)、高?？蒲谐晒?、企業(yè)人力資源宣講會(huì)等多項(xiàng)活動(dòng)。在 CSEAC 2025 功率及化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，來(lái)自中電化合物半導(dǎo)體有限公司、江南大學(xué)、上海芯導(dǎo)電子科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱 “芯導(dǎo)電子”）等機(jī)構(gòu)的嘉賓，分享了相關(guān)主體在國(guó)產(chǎn)氮化鎵器件領(lǐng)域取得的進(jìn)展。嘉賓們從材料外延、器件集成、應(yīng)用落地等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)呈現(xiàn)了國(guó)產(chǎn) GaN 器件從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)協(xié)同的全鏈條進(jìn)展，勾勒出中國(guó)在第三代半導(dǎo)體核心領(lǐng)域的自主化發(fā)展藍(lán)圖。
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中電化合物半導(dǎo)體：錨定外延根基，多襯底路線拓寬產(chǎn)業(yè)賽道

作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的關(guān)鍵力量，中電化合物半導(dǎo)體有限公司（以下簡(jiǎn)稱 “中電化合物半導(dǎo)體”）副總經(jīng)理唐軍在分享中，直指 GaN 器件的 “源頭核心”—— 外延材料技術(shù)。中電化合物半導(dǎo)體是由中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)下屬公司華大半導(dǎo)體有限公司主導(dǎo)投資的高科技企業(yè)，致力于寬禁帶半導(dǎo)體材料的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，成立于 2019 年 11 月。官方資料顯示，該公司已在杭州灣新區(qū)數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園建成包含百級(jí)超凈車間的材料生產(chǎn)線，正式向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)供應(yīng)商業(yè)化 4-8 英寸碳化硅（SiC）和 GaN 材料。
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在硅基 GaN 外延方向，國(guó)產(chǎn)技術(shù)已邁入產(chǎn)業(yè)化深水區(qū)。唐軍提到，國(guó)內(nèi)企業(yè)已實(shí)現(xiàn) 8 英寸硅基 GaN 外延片的量產(chǎn)突破：英諾賽科成為國(guó)內(nèi)首家基于 8 英寸硅基 GaN 完成全產(chǎn)業(yè)鏈布局并上市的企業(yè)；晶湛半導(dǎo)體更將技術(shù)拓展至 12 英寸，可提供適配 Micro LED 藍(lán)綠光、功率器件的大尺寸外延片。國(guó)際巨頭如英飛凌也已宣布開(kāi)發(fā) 12 英寸硅基 GaN 晶圓技術(shù)，而國(guó)產(chǎn)企業(yè)在工藝穩(wěn)定性與成本控制上的優(yōu)勢(shì)，正逐步縮小與國(guó)際水平的差距。
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目前，石英（QST）、藍(lán)寶石等試驗(yàn)性襯底已進(jìn)入小批量應(yīng)用階段。以藍(lán)寶石基 GaN 外延為例，該技術(shù)依托 LED 領(lǐng)域的成熟技術(shù)積累，正快速向功率器件方向滲透。唐軍表示，國(guó)內(nèi)西電廣研院等機(jī)構(gòu)已在 6 英寸、8 英寸藍(lán)寶石襯底上實(shí)現(xiàn) GaN 功率器件的關(guān)鍵突破，外延片的晶體質(zhì)量、均勻性均達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)有望成為中低壓功率場(chǎng)景的 “性價(jià)比之選”。
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在射頻器件核心的碳化硅基 GaN 外延領(lǐng)域，中電化合物半導(dǎo)體自身已深耕五年，實(shí)現(xiàn)了 4 英寸、6 英寸半絕緣碳化硅襯底上 GaN 異質(zhì)結(jié)的穩(wěn)定供應(yīng)。其制備的外延片遷移率優(yōu)異，可滿足 5G 基站功率放大器（PA）等高端射頻器件需求。更值得關(guān)注的是，深圳平湖實(shí)驗(yàn)室最新發(fā)布的 “四度偏角導(dǎo)電碳化硅襯底 GaN 外延” 技術(shù) —— 通過(guò)創(chuàng)新襯底切割角度，在導(dǎo)電碳化硅襯底上實(shí)現(xiàn)了與半絕緣襯底相近的異質(zhì)結(jié)性能。這一技術(shù)不僅為降級(jí)碳化硅襯底開(kāi)辟了新應(yīng)用場(chǎng)景，更顯著降低了射頻 GaN 器件的襯底成本。
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江南大學(xué)：聚焦異質(zhì)集成與輻照特性，拓展 GaN 器件應(yīng)用邊界

江南大學(xué)黃偉教授的報(bào)告，從 “器件功能拓展” 與 “極端環(huán)境適應(yīng)性” 兩個(gè)維度，為國(guó)產(chǎn) GaN 器件的技術(shù)創(chuàng)新提供了新視角。其團(tuán)隊(duì)在 GaN 高電子遷移率晶體管（HEMTs）/NPN 異質(zhì)集成與輻照特性研究上的成果，打破了傳統(tǒng) GaN 器件以表面型 HEMT 為主的技術(shù)局限，為 GaN 在高精度電路、抗輻射場(chǎng)景的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
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在異質(zhì)集成方面，黃偉教授團(tuán)隊(duì)與中電化合物半導(dǎo)體合作，通過(guò) “選區(qū)外延技術(shù)”，在 GaN HEMT 材料上原位生長(zhǎng) NPN 器件結(jié)構(gòu)，成功制備出 GaN 雙極晶體管（BGT）器件。該器件突破了寬禁帶半導(dǎo)體導(dǎo)通電壓高的痛點(diǎn) —— 導(dǎo)通電壓僅 1V 左右，較傳統(tǒng) GaN HEMT（1.5V）降低 30% 以上；且溫度系數(shù)低，在 300K-400K 范圍內(nèi)性能穩(wěn)定性優(yōu)異，理想因子控制在 1.1-1.4，電流增益（β）可達(dá) 800 以上，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)縱向器件的增益水平，有望作為核心器件應(yīng)用于高精度基準(zhǔn)電壓源。
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在輻照特性研究上，黃偉教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了 GaN BGT 與傳統(tǒng) GaN HEMT 截然不同的 “抗輻射機(jī)理”：傳統(tǒng) GaN HEMT 經(jīng)總劑量輻照后，界面態(tài)密度升高，閾值電壓漂移明顯，甚至出現(xiàn) “電壓控制向電流控制” 的失效模式；而 GaN BGT 經(jīng)輻照后，電流增益（β）反而提升，缺陷密度降低近 50%，能級(jí)向表面遷移，展現(xiàn)出 “輻照修復(fù)缺陷” 的獨(dú)特特性，抗輻射能力顯著優(yōu)于 HEMT 器件。
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芯導(dǎo)電子：深耕應(yīng)用落地，多結(jié)構(gòu) GaN 器件開(kāi)啟規(guī)模化出貨

芯導(dǎo)電子第三代產(chǎn)品線負(fù)責(zé)人龐亞楠的分享，將論壇焦點(diǎn)從 “技術(shù)研發(fā)” 拉向 “產(chǎn)業(yè)落地”，系統(tǒng)呈現(xiàn)了國(guó)產(chǎn) GaN 功率器件從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)的實(shí)戰(zhàn)成果。截至目前，芯導(dǎo)電子已實(shí)現(xiàn)四類 GaN 器件結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)，覆蓋消費(fèi)電子、家電、機(jī)器人等多場(chǎng)景需求。
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在共源共柵（Cascode）結(jié)構(gòu) GaN 器件領(lǐng)域，芯導(dǎo)電子發(fā)揮自身工藝優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出采用后氧工藝的肖特基隧穿晶體管（STT MOS），將閾值電壓提升至 4V 以上，高溫可靠性與靜電放電（ESD）能力顯著增強(qiáng)；同時(shí)通過(guò)封裝優(yōu)化實(shí)現(xiàn) “PIN to PIN” 設(shè)計(jì)，可直接替代傳統(tǒng)超級(jí) MOS，解決了客戶的替換成本問(wèn)題，目前已在 PD 快充、小家電領(lǐng)域大規(guī)模出貨。
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在 P 型 GaN 增強(qiáng)模式（E-mode）系列方面，芯導(dǎo)電子已完成三代技術(shù)平臺(tái)迭代。第三代平臺(tái)引入 “P 正導(dǎo)技術(shù)”，有效平衡電場(chǎng)與熱電子效應(yīng)，大幅縮小芯片面積 —— 以 700V 器件為例，芯片面積可縮小至傳統(tǒng)超級(jí) MOS 的 1/3-1/4，折合單顆成本已低于超級(jí) MOS，徹底打破 “GaN 器件成本高” 的行業(yè)認(rèn)知，為家電、工業(yè)電源領(lǐng)域的大規(guī)模替代鋪平道路。
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針對(duì)雙向?qū)ㄅc耐壓需求，芯導(dǎo)電子開(kāi)發(fā)出兩類創(chuàng)新結(jié)構(gòu)：在低壓場(chǎng)景（40V-100V），通過(guò)優(yōu)化柵源間距，實(shí)現(xiàn)單顆 GaN 器件替代兩顆背靠背 MOS，已在掃地機(jī)、手機(jī)快充、機(jī)器人激光雷達(dá)領(lǐng)域量產(chǎn)，成為全球第二家實(shí)現(xiàn)該類器件規(guī)模化出貨的企業(yè)；在高壓場(chǎng)景，開(kāi)發(fā)雙柵結(jié)構(gòu) GaN 器件，通過(guò)共用柵漏耐壓區(qū)域，芯片面積減小 40% 以上，可替代四顆絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）組成的整流電路，目前已進(jìn)入樣品驗(yàn)證階段。
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龐亞楠強(qiáng)調(diào)，芯導(dǎo)電子的技術(shù)路線始終以 “客戶需求” 為導(dǎo)向 ——2025 年重點(diǎn)布局的 8 英寸 GaN 平臺(tái)、900V 系列器件，將進(jìn)一步覆蓋數(shù)據(jù)中心電源、車載充電器等中高壓場(chǎng)景；而在高端機(jī)器人領(lǐng)域，采用六顆 GaN 器件的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，已實(shí)現(xiàn) “高精度、集成化、低功耗” 的應(yīng)用目標(biāo)，未來(lái)有望成為機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的主流解決方案。