近日，晶湛半導(dǎo)體在高電壓氮化鎵（GaN）功率器件領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。由晶湛半導(dǎo)體深度參與、聯(lián)合香港大學(xué)張宇昊、汪涵教授課題組的研究成果，成功入選 2025 年 IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM 2025），標(biāo)志著晶湛在先進(jìn) GaN 外延與高端功率器件方向上的持續(xù)國(guó)際領(lǐng)先地位。
IEDM 是全球半導(dǎo)體與電子器件領(lǐng)域最具權(quán)威和影響力的頂級(jí)會(huì)議之一，以其嚴(yán)苛的評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)與前瞻性的技術(shù)視野，被譽(yù)為“電子器件突破性技術(shù)的風(fēng)向標(biāo)”和“器件的奧林匹克盛會(huì)”， 是全球最具影響力的電子器件頂級(jí)會(huì)議。本次入選論文首次報(bào)道了一種增強(qiáng)型多通道單片集成 GaN 雙向開(kāi)關(guān)，在正、反兩個(gè)極性下均實(shí)現(xiàn)5 kV 對(duì)稱(chēng)擊穿電壓，刷新了 GaN 單片雙向器件的最高電壓紀(jì)錄，并實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前雙向 GaN 器件中最優(yōu)性能指標(biāo)。
GaN 雙向功率器件被認(rèn)為將在 AI 數(shù)據(jù)中心、車(chē)載充電、光伏與儲(chǔ)能逆變器等方向帶來(lái)革命性變化。 隨著新一代 AI 能源系統(tǒng)快速發(fā)展，雙向器件已成為 AC 功率變換和新型電力架構(gòu)的核心基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)有 GaN 雙向器件電壓長(zhǎng)期受限于 650 V，嚴(yán)重制約了其在中高壓場(chǎng)景中的應(yīng)用。相比依賴(lài)多個(gè)單向器件反向串聯(lián)的傳統(tǒng)方案，單片集成雙向器件的優(yōu)勢(shì)會(huì)隨電壓等級(jí)提升而持續(xù)放大，在芯片面積、寄生參數(shù)、系統(tǒng)復(fù)雜度和可靠性方面展現(xiàn)出不可替代的潛力。本次5 kV 單片 GaN 雙向器件 的實(shí)現(xiàn)，為 GaN 技術(shù)邁入中壓AC應(yīng)用打開(kāi)了關(guān)鍵突破口。
該器件基于6 英寸藍(lán)寶石襯底五溝道 GaN 外延晶圓實(shí)現(xiàn)，多通道結(jié)構(gòu)顯著提升電流密度，并在將比導(dǎo)通電阻降至 20 mΩ·cm² 。同時(shí)，引入雙結(jié)終端擴(kuò)展電場(chǎng)調(diào)控設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)5 kV高擊穿電壓?？煽啃詼y(cè)試顯示，在 1.7 kV、150°C 高溫反向偏置（HTRB） 條件下，器件導(dǎo)通電阻漂移低于5%，動(dòng)態(tài) Ron 穩(wěn)定性較單通道器件提升約30%，且對(duì)襯底偏壓變化不敏感，展現(xiàn)出藍(lán)寶石襯底多通道 GaN 結(jié)構(gòu)的本征可靠性?xún)?yōu)勢(shì)。
Fig. (a) 6英寸多溝道GaN外延材料; (b) 多溝道GaN單片雙向器件； (c) 器件雙向?qū)ㄌ匦裕?d) 器件雙向承壓特性。
值得關(guān)注的是，這是晶湛半導(dǎo)體自 2019 年以來(lái)發(fā)表的第8篇 IEDM 論文，研究方向覆蓋 GaN 功率器件與 RF 器件 等多個(gè)前沿領(lǐng)域。近年在 IEDM 會(huì)議中，晶湛半導(dǎo)體在第三代半導(dǎo)體的論文數(shù)量方面僅次于 Intel，是同期入選 IEDM 論文數(shù)量最多的企業(yè)，充分體現(xiàn)了公司在第三代半導(dǎo)體材料與器件創(chuàng)新上的持續(xù)投入與全球競(jìng)爭(zhēng)力。
面向未來(lái)，晶湛半導(dǎo)體將持續(xù)圍繞多通道 GaN 外延和高電壓功率器件推進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新，加速 GaN 技術(shù)在 AI 能源系統(tǒng)、新型電力電子與高可靠性應(yīng)用中的規(guī)?；涞?。
●2025 IEDM論文信息
論文題目：5 kV, 20 mΩ·cm² Enhancement-Mode Multi-Channel GaN Monolithic Bidirectional Switch
作者團(tuán)隊(duì)：Yuan Qin, Ming Xiao, Hongchang Cui, Xin Yang, Zineng Yang, Hehe Gong,Kai Liu, Ivan Kravchenko, Florin Udrea,Kai Cheng, Han Wang, Yuhao Zhang*（加粗為晶湛作者）
●晶湛近年IEDM文章一覽
2019 IEDM, “1200 V Multi-Channel Power Devices with 2.8 Ω?mm ON-Resistance,” （與EPFL Elison Matioli教授課題組合作）
2020 IEDM, “5 kV Multi-Channel AlGaN/GaN Power Schottky Barrier Diodes with Junction-Fin-Anode,” (與Virginia Tech張宇昊教授課題組合作，入選IEDM Technical Highlight，被Nature Electronics報(bào)導(dǎo))
2021 IEDM, “Multi-Channel Monolithic-Cascode HEMT (MC2-HEMT): A New GaN Power Switch up to 10 kV,”(與Virginia Tech張宇昊教授課題組合作，入選IEDM Technical Highlight，被Nature Electronics報(bào)導(dǎo))
2022 IEDM, “First Demonstration of Vertical Superjunction Diode in GaN,”(與Virginia Tech張宇昊教授課題組合作)
2022 IEDM, “GaN Field Emitter Arrays with JA of 10 A/cm2 at VGE = 50 V for Power Applications,”（與MIT Tomas Palacious教授課題組合作）
2023 IEDM, “HyFET—A GaN/SiC Hybrid Field-Effect Transistor,”（與香港科技大學(xué)陳敬教授課題組合作）
2023 IEDM, “6.6W/mm 200mm CMOS compatible AlN/GaN/Si MIS-HEMT with in-situ SiN gate dielectric and low temperature ohmic contacts, ”（與CEA-LETI Erwan Morvan教授合作）
