近日，蘇州中科重儀半導(dǎo)體材料有限公司（以下簡稱“中科重儀”）自主研發(fā)的應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的大尺寸硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延片生產(chǎn)線正式建成并投入使用，這意味著電力電子方向的功率型氮化鎵外延片生產(chǎn)將擺脫進口依賴，打破受制于人的被動局面，完全實現(xiàn)自主可控。
氮化鎵材料迅速崛起，MOCVD設(shè)備國產(chǎn)化勢在必行
氮化鎵（GaN）是第三代半導(dǎo)體材料，具有耐高溫、耐高壓、高頻和高功率等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體材料之一，在電力電子領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。其中外延材料位于氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈的上游，決定了器件的性能和成本。氮化鎵材料外延生長的主流方法是金屬有機化學(xué)氣相沉積法（MOCVD），由于針對功率型大尺寸硅基氮化鎵材料生產(chǎn)的專用MOCVD設(shè)備流場工藝復(fù)雜、技術(shù)含量高，只有德國、日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國家掌握該項技術(shù)，因此國內(nèi)電力電子方向的專用MOCVD設(shè)備主要依賴進口，不僅價格昂貴、采購周期長，而且關(guān)鍵技術(shù)受制于人，建設(shè)完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的硅基氮化鎵外延片生產(chǎn)線勢在必行。
國產(chǎn)電力電子領(lǐng)域硅基氮化鎵外延生產(chǎn)線高產(chǎn)能投入運營
機遇和挑戰(zhàn)并存，中科重儀依托先進的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化基地，專注于第三代半導(dǎo)體大尺寸硅基氮化鎵外延片研發(fā)與制造，致力于為電力電子領(lǐng)域提供高質(zhì)量氮化鎵材料解決方案。中科重儀自主研發(fā)的電力電子方向硅基氮化鎵外延片生產(chǎn)線具有氣源預(yù)處理功能，核心反應(yīng)腔內(nèi)對溫場、流場均勻性強化控制，加入應(yīng)力翹曲模型，更加適合大尺寸氮化鎵材料生長。同時自動化控制、監(jiān)測、分析平臺，可快速優(yōu)化外延片生長工藝，縮短工藝調(diào)整周期。經(jīng)過抗壓測試和材料生長結(jié)果表明，設(shè)備具有很好的穩(wěn)定性和工藝重復(fù)性。
應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的硅基氮化鎵外延片生產(chǎn)線
中科重儀生產(chǎn)的氮化鎵外延片，氮化鎵層厚度約5μm表面無裂紋，翹曲度小于100μm。HEMT結(jié)構(gòu)室溫下，方塊電阻為465Ω/sq，二維電子氣（2DEG）濃度約8×1013 cm-2、2DEG遷移率大于2000 cm2/Vs，片內(nèi)與片間不均勻性小于1%，可以滿足電力電子領(lǐng)域功率器件開發(fā)與應(yīng)用需求。在實現(xiàn)氮化鎵外延片生產(chǎn)成本大幅降低的同時擺脫了對進口設(shè)備的依賴。
為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向前邁進提供中國智慧
據(jù)下游有關(guān)客戶驗證，中科重儀所生產(chǎn)的氮化鎵外延片具備行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)指標(biāo)和卓越的性能，促進了下游晶圓、封裝和應(yīng)用端的進一步優(yōu)化提升。中科重儀穩(wěn)定產(chǎn)能，提供具備高性價比的硅基氮化鎵外延片，不僅有效控制生產(chǎn)成本，還將提供更加靈活的定制化服務(wù)和更及時的技術(shù)更新。
研發(fā)人員在生產(chǎn)線觀察氮化鎵外延片的生長情況
全國產(chǎn)化、自主研發(fā)的氮化鎵外延片生產(chǎn)線填補了國內(nèi)氮化鎵產(chǎn)業(yè)的空白，提高了國內(nèi)外延片的供應(yīng)能力，免受國際封鎖的影響，降低了氮化鎵技術(shù)的應(yīng)用門檻，為氮化鎵的更多創(chuàng)新應(yīng)用提供了可能性。高質(zhì)量外延片的大規(guī)模供應(yīng)將為消費電子、工業(yè)電源、電動汽車、通信等多個領(lǐng)域帶來更高效、更先進的解決方案，推動全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向前邁進。
國產(chǎn)化MOCVD設(shè)備量產(chǎn)功率型氮化鎵外延材料不僅僅是一個技術(shù)突破，更將是撬動氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈變革的重要因素。
成如容易卻艱辛，勇毅篤行"再出發(fā)"
早在1990年，中科重儀的技術(shù)團隊就投身于氮化鎵領(lǐng)域。1999年，團隊研制出國內(nèi)首支綠光GaN基LED器件。2004年，建成了國內(nèi)首臺應(yīng)用于LED領(lǐng)域的GaN生產(chǎn)型MOCVD設(shè)備，為國內(nèi)GaN在LED產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。2015年，團隊提出了用于大尺寸外延片應(yīng)力翹曲評估的“Yao模型”，有效提升GaN外延生產(chǎn)良率，獲得了廣泛的國際認(rèn)可。2018年，團隊承擔(dān)起垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵電力電子器件研制的國家自然科學(xué)基金課題，進一步鉆研功率型氮化鎵技術(shù)。2021年，團隊取得了重大突破--成功研制出國產(chǎn)化中試型電力電子方向?qū)Ｓ肕OCVD設(shè)備，并可以穩(wěn)定進行大尺寸硅基氮化鎵外延材料生長。
乘勢而上，蓄力前行。經(jīng)過持續(xù)的技術(shù)優(yōu)化，2023年中科重儀在蘇州吳江區(qū)建立了國內(nèi)首條采用國產(chǎn)化MOCVD設(shè)備生產(chǎn)的8英寸硅基氮化鎵外延產(chǎn)線，單條產(chǎn)線年產(chǎn)能達(dá)5000片。投入運營后，將實現(xiàn)氮化鎵材料綜合生產(chǎn)成本降低50%以上，為市場提供性價比更高的氮化鎵外延片產(chǎn)品，更好地助力電力電子器件實現(xiàn)高性能、高可靠性及低成本的生產(chǎn)目標(biāo)。
中科重儀在蘇州廠區(qū)的實景圖
