三星電子在下一代氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體代工領(lǐng)域的推進(jìn)遭遇新挑戰(zhàn)。近日有消息稱，三星在試產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)部分測試芯片在長期高溫環(huán)境下出現(xiàn)失效現(xiàn)象，引發(fā)業(yè)內(nèi)對其GaN代工業(yè)務(wù)商業(yè)化進(jìn)程可能進(jìn)一步延后的關(guān)注。
據(jù)行業(yè)消息人士透露，三星已在韓國龍仁市器興園區(qū)建設(shè)了一條專用8英寸氮化鎵半導(dǎo)體代工生產(chǎn)線，月產(chǎn)能約為1300至1500片晶圓。目前，該產(chǎn)線已開始針對無晶圓廠（Fabless）企業(yè)設(shè)計(jì)的GaN芯片進(jìn)行試產(chǎn)。不過，在可靠性測試過程中，部分芯片在100℃至200℃高溫環(huán)境下持續(xù)運(yùn)行約1000小時(shí)后出現(xiàn)異常，未能保持正常工作狀態(tài)。
作為第三代半導(dǎo)體的重要材料，氮化鎵具備高擊穿電場、高電子遷移率以及優(yōu)異的高頻、高溫性能，被廣泛看好應(yīng)用于新能源汽車、機(jī)器人、數(shù)據(jù)中心電源、快充以及高壓能源系統(tǒng)等領(lǐng)域。尤其是在高功率、高溫運(yùn)行場景下，器件長期可靠性是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，此次暴露出的可靠性問題，可能影響三星當(dāng)前工藝制造器件的應(yīng)用范圍。
目前，三星正在針對問題展開原因分析，業(yè)內(nèi)認(rèn)為晶圓制造工藝可能是重點(diǎn)排查方向。GaN功率器件通常基于外延晶圓制造，即通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）等工藝，在硅襯底上生長氮化鎵外延層。如果外延層質(zhì)量、缺陷控制或界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化不足，在高溫、高電壓工作條件下，潛在缺陷可能被進(jìn)一步放大，導(dǎo)致器件性能衰減甚至失效。
有行業(yè)人士分析稱，三星此前可能更加關(guān)注器件閾值電壓等關(guān)鍵電學(xué)指標(biāo)優(yōu)化，希望實(shí)現(xiàn)約2V的目標(biāo)閾值電壓，但在參數(shù)調(diào)整過程中可能對器件長期可靠性帶來影響。GaN器件需要在性能與穩(wěn)定性之間取得平衡，過低的閾值電壓雖然有利于提升響應(yīng)能力，但也可能增加誤觸發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，影響器件壽命。
三星布局GaN功率半導(dǎo)體始于2023年。當(dāng)年，公司重組LED業(yè)務(wù)并成立化合物半導(dǎo)體解決方案（CSS）部門，重點(diǎn)推進(jìn)氮化鎵半導(dǎo)體研發(fā)，并計(jì)劃建設(shè)專用GaN代工產(chǎn)線。此前，由于全球功率半導(dǎo)體市場需求增長不及預(yù)期，三星已將量產(chǎn)計(jì)劃推遲至2026年底。而此次可靠性測試問題，可能進(jìn)一步推遲其商業(yè)化時(shí)間表。
相比之下，GaN市場競爭已較為激烈。目前，英飛凌科技、意法半導(dǎo)體、德州儀器以及英諾賽科等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)GaN產(chǎn)品商業(yè)化出貨，并在快充、電源管理等市場展開競爭。部分三星潛在客戶正在評(píng)估其他代工合作伙伴，包括格芯、力積電以及X-FAB等。
不過，三星方面表示，目前GaN代工仍處于量產(chǎn)準(zhǔn)備階段，研發(fā)過程中出現(xiàn)問題屬于大規(guī)模生產(chǎn)前的正常驗(yàn)證環(huán)節(jié)，公司正在積極解決相關(guān)挑戰(zhàn)。隨著新能源汽車、AI數(shù)據(jù)中心和高功率電子設(shè)備需求持續(xù)增長，GaN產(chǎn)業(yè)競爭正在進(jìn)入關(guān)鍵階段，三星能否突破工藝可靠性瓶頸，將直接影響其在第三代半導(dǎo)體市場中的競爭地位。
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