近日，晶湛半導體在高電壓氮化鎵（GaN）功率器件領域取得重要進展。由晶湛半導體深度參與、聯合香港大學張宇昊、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），標志著晶湛在先進 GaN 外延與高端功率器件方向上的持續國際領先地位。
IEDM 是全球半導體與電子器件領域最具權威和影響力的頂級會議之一，以其嚴苛的評審標準與前瞻性的技術視野，被譽為“電子器件突破性技術的風向標”和“器件的奧林匹克盛會”， 是全球最具影響力的電子器件頂級會議。本次入選論文首次報道了一種增強型多通道單片集成 GaN 雙向開關，在正、反兩個極性下均實現5 kV 對稱擊穿電壓，刷新了 GaN 單片雙向器件的最高電壓紀錄，并實現了當前雙向 GaN 器件中最優性能指標。
GaN 雙向功率器件被認為將在 AI 數據中心、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 能源系統快速發展，雙向器件已成為 AC 功率變換和新型電力架構的核心基礎。然而，現有 GaN 雙向器件電壓長期受限于 650 V，嚴重制約了其在中高壓場景中的應用。相比依賴多個單向器件反向串聯的傳統方案，單片集成雙向器件的優勢會隨電壓等級提升而持續放大，在芯片面積、寄生參數、系統復雜度和可靠性方面展現出不可替代的潛力。本次5 kV 單片 GaN 雙向器件 的實現，為 GaN 技術邁入中壓AC應用打開了關鍵突破口。
該器件基于6 英寸藍寶石襯底五溝道 GaN 外延晶圓實現，多通道結構顯著提升電流密度，并在將比導通電阻降至 20 mΩ·cm2。同時，引入雙結終端擴展電場調控設計，實現5 kV高擊穿電壓。可靠性測試顯示，在 1.7 kV、150°C 高溫反向偏置（HTRB） 條件下，器件導通電阻漂移低于5%，動態 Ron 穩定性較單通道器件提升約30%，且對襯底偏壓變化不敏感，展現出藍寶石襯底多通道 GaN 結構的本征可靠性優勢。
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) 器件雙向導通特性；(d) 器件雙向承壓特性。
值得關注的是，這是晶湛半導體自 2019 年以來發表的第8篇 IEDM 論文，研究方向覆蓋 GaN 功率器件與 RF 器件 等多個前沿領域。近年在 IEDM 會議中，晶湛半導體在第三代半導體的論文數量方面僅次于 Intel，是同期入選 IEDM 論文數量最多的企業，充分體現了公司在第三代半導體材料與器件創新上的持續投入與全球競爭力。
面向未來，晶湛半導體將持續圍繞多通道 GaN 外延和高電壓功率器件推進協同創新，加速 GaN 技術在 AI 能源系統、新型電力電子與高可靠性應用中的規模化落地。
●2025 IEDM論文信息
論文題目：5 kV, 20 mΩ·cm2 Enhancement-Mode Multi-Channel GaN Monolithic Bidirectional Switch
作者團隊：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報導)
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報導)
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）
來源：晶湛半導體
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