在國家科技重大專項(xiàng)支持下，深圳平湖實(shí)驗(yàn)室在高壓1200V級GaN功率器件領(lǐng)域取得關(guān)鍵性突破，首次在8英寸Si襯底上實(shí)現(xiàn)了超過8μm的低翹曲GaN外延，并成功驗(yàn)證了1200V等級科研小器件電性，關(guān)鍵性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，為提升數(shù)據(jù)中心800V母線供電、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)的核心元器件自主供應(yīng)能力奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖1. 深圳平湖實(shí)驗(yàn)室8英寸高壓（1200V）GaN-on-Si E-HEMT晶圓照片

當(dāng)前，AI數(shù)據(jù)中心供電、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等大功率應(yīng)用對電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率和功率密度提出了更高要求。硅基與碳化硅基功率器件在高頻場景下的性能已日趨瓶頸，GaN器件憑借其高耐壓、高開關(guān)速度的優(yōu)勢，成為高壓、高頻、高效功率轉(zhuǎn)換的核心。然而，在1200V級的應(yīng)用場景中，GaN器件在大尺寸、低成本制造和高耐壓能力等方面，仍面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

深圳平湖實(shí)驗(yàn)室高壓GaN研發(fā)團(tuán)隊(duì)依托實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的8英寸硅基GaN科研中試平臺(tái)，通過厚膜外延和場板優(yōu)化，攻克了一系列制約產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)難題：

1）大尺寸低翹曲厚膜外延技術(shù)：首次在8英寸硅襯底上制備了厚度大于8μm的GaN外延層，實(shí)現(xiàn)了超過2.25kV的外延縱向耐壓，外延翹曲＜30μm。

2）高性能高壓器件制備技術(shù)：在8英寸厚膜外延上制備了1200V增強(qiáng)型Si基GaN HEMT 科研小器件，器件展現(xiàn)出良好的增強(qiáng)型特性（閾值電壓大于2V）和高耐壓能力（漏極擊穿電壓大于2kV）。

圖2.（a）8英寸1200V Si基GaN厚膜外延TEM圖;（b）1200V外延垂直擊穿

圖3. 1200V GaN HEMT器件基本電性(a)轉(zhuǎn)移，(b)導(dǎo)通電阻，(c)四端漏電曲線

目前，基于該成果開發(fā)的1200V級GaN HEMT器件已完成元胞級電性驗(yàn)證，關(guān)鍵特性達(dá)到國際先進(jìn)水平，正在積極推進(jìn)工程樣品的封裝與可靠性驗(yàn)證，預(yù)計(jì)首批1200V封裝樣品將于2026年Q3對外發(fā)布。此項(xiàng)成果不僅突破了在8英寸Si襯底上實(shí)現(xiàn)超厚GaN外延的關(guān)鍵壁壘，還證實(shí)了1200V級GaN HEMT器件在高頻大功率高壓應(yīng)用中的可行性。

（來源：深圳平湖實(shí)驗(yàn)室）