上海芯元基半导体在氮化镓材料领域取得重大创新突破

2020-03-13 14:12:29 来源: Sophie

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近日上海芯元基半导体科技有限公司（以下简称“芯元基”）宣布，基于其独创的DPSS衬底技术（蓝宝石复合图形衬底），该公司开发出了低位错密度的高阻GaN（氮化镓）材料，可用于电子功率器件和微波射频器件等的制备。芯元基开发的GaN外延晶体质量已经高于蓝宝石衬底的GaN晶体质量，同时结合该公司独有的化学剥离技术可以完美地解决蓝宝石衬底的散热问题，为高端光电子器件、电子功率器件和微波射频器件等提供了一个新的方向。

SiC（碳化硅）和Si（硅）基 GaN 是目前电子功率器件的主要衬底材料。SiC基GaN外延技术已经相对成熟，由于其晶体质量高、衬底导热性好，在高端微波射频电子功率市场中一直占据主导地位，但由于SiC衬底加工困难以及价格非常昂贵，大大限制了该衬底的进一步应用开发。Si基GaN外延材料导热性好，且价格低廉、尺寸大，器件工艺与集成电路产线兼容，行业主要选择以Si基GaN外延技术为主要研究发展趋势，但由于其位错密度较高，比SiC高１-2个量级，普遍在10 ^９量级，导致器件的可靠性差。随着LED产业的快速发展，蓝宝石衬底的成本越来越低，已经低于Si衬底，且位错密度与SiC基相当，但由于蓝宝石衬底的导热性差，使蓝宝石基GaN外延不能用于制作高端光电子器件、电子功率器件和微波射频器件，以致于蓝宝石衬底无法成为行业发展的选择。芯元基在该领域的技术突破将使蓝宝石衬底可能成为行业主要应用方向，对行业的发展起到重要的促进作用。

据悉，芯元基基于DPSS衬底开发的低位错密度高阻GaN材料（测试厚度为2-2.5微米的GaN样品）， 002面摇摆曲线的半高宽（FWHM）小于70arcsec，102面摇摆曲线的半高宽（FWHM）小于200arcsec，材料的面电阻（Rs）大于10 ⁹ Ω/□，在该材料上制作二维电子气，方块电阻（ Rs ）小于350 Ω/□，面载流子浓度（n _i ）接近9 *10 ¹² cm ^－２，迁移率（μ）大于2000cm ^{2 /} (V·s)，已经优于普通蓝宝石衬底上生长的GaN晶体质量，接近SiC基GaN（如表一）。

表一：不同衬底GaN材料的XRD数据及霍尔数据对比

芯元基由行业资深专家郝茂盛博士于2014年创办，上海创徒、张江科投、中微半导体等先后进行了投资，并在上海临港建设了中试生产线。 经过5年多的潜心研发，芯元基已经形成了以蓝宝石复合图形衬底技术（DPSS）、化学剥离技术和晶圆级批量转移技术等为核心的完整技术体系，这些技术是制造高端光电子器件的核心技术，是Micro LED 批量转移的最优方案。芯元基的主要技术在中国、美国、日本、中国台湾等均已获专利授权，打破了该领域核心技术的国外垄断，其技术水平位于全球前列。

目前，芯元基基于该技术所开发的365nm高端薄膜紫光芯片全部工艺已经成熟，并完成了客户送样认证，近期即将投入量产。这款芯片目前９5%以上依赖进口。同时，芯元基计划用一年左右时间重点研发性价比更高的高端微波射频电子功率器件，以打破国际厂商对高端电子器件的市场垄断。

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