硅基氮化鎵是一個正在走向成熟的顛覆性半導體技術(shù)，硅基氮化鎵技術(shù)是一種將氮化鎵器件直接生長在傳統(tǒng)硅基襯底上的制造工藝。在這個過程中，由于氮化鎵薄膜直接生長在硅襯底上，可以利用現(xiàn)有硅基半導體制造基礎設施實現(xiàn)低成本、大批量的氮化鎵器件產(chǎn)品的生產(chǎn)。

圖中所示為硅基氮化鎵制造工藝流程的示意圖，如同制造原子彈一樣，看似原理很簡單，但其過程并非沒有挑戰(zhàn)。事實證明，由于兩種材料晶格常數(shù)的差異，容易產(chǎn)生嚴重的晶格失配，因此，想從硅襯底中生長高質(zhì)量的氮化鎵薄膜異常困難。正是由于這一原因，硅基氮化鎵技術(shù)還無法廣泛應用于射頻領域，以意法半導體和鎂可為代表的業(yè)界頭部公司在該技術(shù)上持續(xù)注入了大量研發(fā)資金，氮化鎵技術(shù)必將成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d技術(shù)之一。

硅基氮化鎵的優(yōu)缺點

硅基氮化鎵的性能可提供超過70%的功率效率，將每單位面積的功率提高4到6倍，并且可擴展至高頻率。硅基氮化鎵 （GaN-on-Si） 用作功率 IC 芯片中的電絕緣體。其“綠色”特性包括由于其鋁源而產(chǎn)生的超低碳足跡。在此功率 IC 芯片中使用 GaN 可節(jié)省高達 80% 的制造和封裝流程，并且還能顯著提高系統(tǒng)級效率。

硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，晶圓可以做得很大，目前在8英寸，未來可以做到10英寸、12英寸，晶圓的長度可以拉長至2米。硅基氮化鎵器件具有擊穿電壓高、導通電阻低、開關速度快、零反向恢復電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優(yōu)勢。理論上相同擊穿電壓與導通電阻下的芯片面積僅為硅的千分之一，目前能做到十分之一。

如果說硅基氮化鎵器件有什么缺點，那就是成本和尺寸。但據(jù)我們了解，使用了這種器件后，所需要的配套外圍電子元件、冷卻系統(tǒng)成本大幅降低。雖然論單個器件成本，氮化鎵比硅基器件貴，但是論系統(tǒng)整體成本，氮化鎵與硅基器件的成本差距已經(jīng)非常小，在大規(guī)模量產(chǎn)后可實現(xiàn)比硅器件更高性能與更低成本。

硅基氮化鎵用途

硅基氮化鎵應用領域主要包括基站與射頻能量兩方面在射頻能量方面，由于微波射頻的加熱性，氮化鎵可用在更多的工業(yè)及生活領域中，包括射頻廚具、射頻烘干機、射頻照明、火花塞甚至智慧農(nóng)業(yè)照明等。在數(shù)據(jù)通信方面，目前在整個基站信號鏈路中，PA成本大概要占據(jù)40%，因此PA的成本直接影響到整個系統(tǒng)成本。除了通過產(chǎn)能提升降低成本之外，大規(guī)模的整合集成也是未來的需求，尤其是針對5G MIMO所對應的64甚至128鏈路而言，集成度是關鍵所在，未來CMOS制程的硅基氮化鎵MMIC一定會有市場潛力

文章整合自：960化工網(wǎng)、電子產(chǎn)品世界、李鐵成