千亿风口下的第三代半导体GaN功率器件
时间:2024-06-03 作者:芯干线科技 分类:技术文章 浏览:221次

一、什么是GaN功率器件

第一代半导体材料以硅(Si)和锗(Ge)为代表,它们为半导体行业奠定了坚实的基础。随着技术的发展,第二代半导体材料以砷化镓(GaAs)和锑化铟(InSb)为核心,这些材料的高频和高速特性,为电子器件的性能提升提供了强大动力。而现今,以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的宽禁带半导体材料,作为第三代半导体材料,正因其优异的性能而备受瞩目,其中碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)的发展尤为成熟

GaN功率器件指使用氮化镓(Gallium Nitride,简称GaN)材料制造的功率半导体器件其中,高电子迁移率晶体管(HEMT)是GaN功率器件中的一种重要形式。GaN HEMT器件因其独特的高电子迁移率特性,在高频和高功率的应用领域中表现出卓越的性能成为现代电子设备中不可或缺的关键组件。

二、芯干线科技GaN功率器件及应用

南京芯干线科技有限公司专注于功率半导体器件的研发,其产品线涵盖了Si MOS & IGBT、GaN HEMT、SiC MOS & SBD、IGBT以及SiC Module等多个领域。作为国内少数同时涉足碳化硅和氮化镓功率器件的企业之一,南京芯干线科技已经构建了多元化的产品矩阵,为下游客户提供了稳定且批量的供货能力。

公司目前拥有近60项产品,产品线覆盖了从40V到1700V的广泛电压范围,满足了不同应用场景的需求。产品应用覆盖消费类电源、工业类电源、新能源汽车、服务器电源、光伏储能、充电桩、工业自动化以及人工智能与AI算力等多个领域。

为了满足电源设计中高频回路环路小的要求,芯干线设计了独特的双门极驱动GaN HEMT,客户在进行PCB LAYOUT设计时可以根据实际灵活选用不同门级进行驱动电路设计,同时也大大缩小了GaN HEMT并联应用时的高频环路,产品特点如下:

使用开尔文驱动脚,功率地与驱动地分开,减小共源电感;

驱动回路最小化, 例如图中所示,驱动地在第二层,驱动信号在第一层,形成最小回路;

器件的源极PAD,打过孔至其他层,在其他层大面积铺铜,增加散热;

多个器件并联使用时,便于布局驱动的对称。大大降低电磁兼容处理的难度。

芯干线科技GaN HEMT的技术优势如下

更高的开关频率:250KHz及以上

更好的温升特性:自有专利技术的封装设计、散热能力强、器件更安全可靠

更好的EMI特性:独家专利的器件结构设计、有利于减小驱动电路环路、设计简单

更灵活的PCB布板:自有专利的驱动设计、布板更灵活

更低的成本:优化了版图设计、提升了性能、良率更高、成本更低

芯干线GaN产品以独特的优势,获得了用户的好评和市场的认可。公司2023年率先实现了E-MODE工艺2KW GaN充电器的量产,且已应用在消费类、工业类及新能源汽车类电源领域,通过技术团队不断创新与突破,GaN产品已稳居国内领先水平,加上公司自有的GaN芯片设计专利技术,在性能上与国际龙头企业产品比肩齐驱。

 

我司自主掌握行业最前沿的设计与先进封装技术,成功通过了汽车级1000小时可靠性测试。今年4月份成功进入全球一线Ai算力服务器供应商白名单,并助力多家上市公司开发成功GAN电源产品。产品覆盖100W到11KW 功率段。满足了消费类、工业自动化、能源电力与车载电源等多行业应用。

三、第三代半导体政策支持及GaN HEMT应用

“十四五”开局以来,我国对第三代半导体产业投入了前所未有的关注和支持,目标是促进这一产业的快速发展,增强产业链的自主性和可控性,并着力解决关键技术“卡脖子”问题。一些省份已经从原材料供应、芯片设计、晶圆制造到封装测试等多个关键环节,明确提出了半导体分立器件制造行业的具体发展目标。

 

据统计,2023年全球氮化镓半导体器件市场销售额已达到69亿元人民币,并预计到2030年将增长至99亿元人民币,年复合增长率(CAGR)为5.4%(2024-2030)。

随着第三代半导体技术的持续成熟和成本的逐步降低,氮化镓市场在近几年已经经历了价格的显著下降。这一趋势反映了氮化镓技术的进步和市场竞争力的提升。随着技术的进一步发展和应用领域的不断拓宽,预计氮化镓产品的价格将继续呈现稳中有降的趋势这将有助于在更多领域的普及和应用,从而推动整个氮化镓市场的持续增长。

 

GaN HEMT、Si MOS、SiC MOS应用区别

从晶圆的设计流程看:

1) SI MOS首先将晶棒进行切割,然后直接在SI片上剖光、最终进行外延,光刻、离子注入扩散、高温退火等工序,做成MOS管。

2) SI基GaN HEMT首先利用SI衬底上外延生长一系列的III-V族材料(例如AlN, GaN, AlGaN),然后通过光刻、化合物沉积等方式做成HEMT管。

3) SIC MOS是在升华法生长的碳化硅衬底上利用例如CVD工艺进行同质外延,再采用热氧化,离子注入和刻蚀的方式制成MOS器件。

通过上述信息,我们可以得出结论:材料成本来看SiC(碳化硅)材料最贵,生产成本高。从制造成本来看,GaN(氮化镓)的成本高于Si(硅)。

综合考虑性价比时,会发现Si因其成本较低,更适合应用于对成本敏感的低端消费类电子产品。SiC适合用于高温、高压的大功率应用场景。GaN非常适合用于需要小体积、中小功率、高频和高功率密度的场合。

随着氮化镓技术的日益成熟和成本效益的提高,我们有理由相信,氮化镓半导体器件将在未来的电子产业中扮演更加重要的角色,为各行各业的发展提供强大的动力

关于芯干线科技公司

芯干线科技是一家专注于第三代半导体功率器件及模块设计研发的高科技企业;公司由功率半导体资深海归博士、电源行业市场精英和一群怀揣创业梦想的年轻专业人士所创建。公司自创立以来,始终致力于功率半导体GaN、SIC MOSFET、SI MOS、IGBT、SIC、IGBT Module等功率器件的深入研发与销售,产品被广泛应用于消费、光伏、储能、汽车等电力电子领域,广受好评。

芯干线科技凭借卓越的创新能力和市场表现,荣获世纪电源网颁发的2022年度“新锐功率器件品牌”殊荣,同时跻身2022年“爱集微芯力量最具投资价值企业”之列,更在同年被评为“规模以上企业”,展现了公司强大的发展潜力和行业影响力。

进入2023年,芯干线科技再攀高峰,接连斩获“第三代半导体行家极光奖”、“中国GaN功率器件十强”、“功率器件SiC行业优秀奖”以及“2023年国家级科技型中小企业”等一系列重量级奖项,充分彰显了公司在功率半导体领域的领先地位和卓越贡献。

展望2024年,芯干线科技将迎来全新的发展机遇。在国家重点扶持下,公司先后成功通过“国家高新技术企业认证”、ISO9001和IATF16949生产质量体系认证。为公司的持续创新和发展注入了强大的动力。芯干线科技将以此为契机,不断开拓创新,为用户提供更优质的产品和服务,为行业的繁荣发展贡献更多力量。