近日，深圳平湖實驗室在100V氮化鎵（GaN）功率器件領(lǐng)域取得關(guān)鍵進展，成功研制出高性能100V GaN E-HEMT（增強型高電子遷移率晶體管）器件與封裝工程樣品，關(guān)鍵性能達到行業(yè)先進水平，可為數(shù)據(jù)中心二次電源、人形機器人與無人機電機驅(qū)動提供有全新解決方案。

圖1.  8英寸100 V GaN-on-Si E-HEMT晶圓與高散熱封裝樣品照片

隨著人工智能、人形機器人與無人機電機驅(qū)動領(lǐng)域的快速發(fā)展，傳統(tǒng)功率電子系統(tǒng)的物理性能極限已經(jīng)成為限制其應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸，開發(fā)更高效率、更緊湊尺寸和更可靠的先進功率電子系統(tǒng)是推動這些領(lǐng)域的關(guān)鍵所在。作為寬禁帶半導(dǎo)體代表之一的GaN器件，憑借其高電子遷移率、高速開關(guān)等特性，被視為下一代高效功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心。

深圳平湖實驗室GaN研發(fā)團隊依托實驗室先進的8英寸Si基GaN科研中試平臺，采用p-GaN增強型技術(shù)路線，如圖2所示，先后攻克了一系列長期制約器件性能的關(guān)鍵技術(shù)：

1) 高遷移率外延技術(shù)：率先引入AlN插入層并優(yōu)化外延結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)二維電子氣（2DEG）遷移率超2050 cm²/V·s；

2）完成高深寬比歐姆接觸形貌開發(fā)，實現(xiàn)歐姆接觸電阻RC降低至0.2 Ω·mm;

3) 開發(fā)小線寬、低寬距比、低寄生的后段互聯(lián)方案;

圖2.器件TEM與SEM截面圖：（a）高深寬比歐姆接觸形貌；（b）后端互聯(lián)

基于上述核心技術(shù)突破，團隊成功研制出高性能100 V GaN E-HEMT器件。其中代表性的100V GaN科研小器件性能如圖3所示，該器件閾值電壓大于1V，漏極擊穿電壓超200V，比導(dǎo)通電阻低于15mΩ·mm2，優(yōu)值 FOM（Ron × Qg）小于21mΩ·nC，關(guān)鍵參數(shù)達到行業(yè)先進水平。

圖3. 100V GaN E-HEMT科研小器件電性(a)轉(zhuǎn)移；(b)導(dǎo)通電阻；(c)漏極擊穿

目前，基于該100V GaN器件成果開發(fā)的高散熱封裝樣品已研制完成，進入可靠性與應(yīng)用驗證階段，預(yù)計于2026年第一季度對外供樣。推動GaN器件在數(shù)據(jù)中心、人形機器人與低空飛行電機驅(qū)動等領(lǐng)域的應(yīng)用。

（來源：深圳平湖實驗室）