GaN-on-Si(氮化镓-on-矽) 是指將 GaN(氮化镓)薄膜生長在 Si(矽)基底上。這項技術結合了 GaN 的電性能優勢 與 矽的低成本、高成熟度的製造平台,是當前推動 GaN 大規模商業化的關鍵路徑之一,尤其在電源、5G、快充等應用中尤為重要。
???? GaN-on-Si 的優勢
類別 |
優勢說明 |
成本 |
矽基片便宜,尺寸大(可達8英寸、12英寸),比 GaN-on-SiC 或 GaN-on-sapphire 成本低 3~10 倍 |
工藝兼容性 |
可與現有 CMOS 工藝兼容,有利於與矽IC係統集成 |
大尺寸晶圓 |
易於擴產、提高良率、適合自動化量產 |
熱性能 |
Si 導熱性較好(150 W/mK),比藍寶石強,但低於 SiC |
應用廣泛 |
快充、電源轉換器、電動汽車、數據中心、服務器等領域廣泛應用 |
???? GaN-on-Si vs 其他 GaN 襯底方案
指標 |
GaN-on-Si |
GaN-on-SiC(碳化矽) |
GaN-on-Sapphire(藍寶石) |
成本 |
★★★★★(最低) |
★★★(高) |
★★★★(中) |
散熱性 |
★★★★ |
★★★★★(最優) |
★★ |
工藝兼容性 |
★★★★★ |
★★ |
★★ |
頻率/功率表現 |
中高 |
高 |
低中 |
主流應用 |
電源、快充、消費電子 |
高端RF(雷達、衛星)、軍用 |
早期照明/LED |
???? 技術挑戰
雖然 GaN-on-Si 成本低,但也存在以下技術挑戰:
問題 |
說明 |
晶格失配 |
GaN 與 Si 晶格常數差異較大(17%),易產生應力和位錯,影響器件可靠性 |
熱膨脹係數不匹配 |
導致晶圓翹曲或裂片,需要複雜的緩衝層設計(如AlGaN緩衝層) |
漏電控製 |
GaN-on-Si 容易出現柵極漏電,需要優化外延結構和終端處理 |
邊緣終端設計複雜 |
高壓器件要求更好的場控設計,避免擊穿或電擊穿通道 |