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)國際領(lǐng)先地位。
本次入選論文首次報道了一種增強(qiáng)型多通道單片集成 GaN 雙向開關(guān)，在正、反兩個極性下均實(shí)現(xiàn)5 kV 對稱擊穿電壓，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、車載充電、光伏與儲能逆變器等方向帶來革命性變化。 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 雙向器件電壓長期受限于 650 V，嚴(yán)重制約了其在中高壓場景中的應(yīng)用。相比依賴多個單向器件反向串聯(lián)的傳統(tǒng)方案，單片集成雙向器件的優(yōu)勢會隨電壓等級提升而持續(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，引入雙結(jié)終端擴(kuò)展電場調(diào)控設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)5 kV高擊穿電壓?？煽啃詼y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%，動態(tài) Ron 穩(wěn)定性較單通道器件提升約30%，且對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)的本征可靠性優(yōu)勢。
圖(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 等多個前沿領(lǐng)域。近年在 IEDM 會議中，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)投入與全球競爭力。
面向未來，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?。
