碳化硅、氮化鎵有什么差別？

時(shí)間：2021-02-20 16:57:09

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[導(dǎo)讀]人工智能（AI）、邊緣運(yùn)算與萬物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)，帶來無所不在的感測(cè)、通訊與功率解決方案需求，化合物半導(dǎo)體的重要性也隨之暴增。從資料中心里的服務(wù)器、網(wǎng)通設(shè)備，到手機(jī)上的 RF 功率放大器，以及為所有電子元件供應(yīng)電力的功率元件，都將因化合物半導(dǎo)體的普遍運(yùn)用，在性能上出現(xiàn)重大突破。

人工智能（AI）、邊緣運(yùn)算與萬物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)，帶來無所不在的感測(cè)、通訊與功率解決方案需求，化合物半導(dǎo)體的重要性也隨之暴增。從資料中心里的服務(wù)器、網(wǎng)通設(shè)備，到手機(jī)上的 RF 功率放大器，以及為所有電子元件供應(yīng)電力的功率元件，都將因化合物半導(dǎo)體的普遍運(yùn)用，在性能上出現(xiàn)重大突破。

5G?通訊頻率高，能源效率更顯重要

臺(tái)達(dá)電資通訊基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)群技術(shù)長蔡文蔭就指出，在萬物聯(lián)網(wǎng)的未來，資料中心需處理的資料量將呈現(xiàn)爆發(fā)式成長，連帶使得資料中心對(duì)電源、冷卻設(shè)備的需求增加。但在此同時(shí)，客戶也會(huì)對(duì)能源效率有更嚴(yán)格的要求。因?yàn)槟茉葱始幢阒皇窃黾?1%，都能為客戶創(chuàng)造出可觀的節(jié)能效益。

聯(lián)發(fā)科技處長梁正柏則從終端裝置的角度出發(fā)，分享 5G 通訊在功率方面所面臨的挑戰(zhàn)。梁正柏指出，即便在 Sub 6GHz 頻段，5G 所使用的通訊頻率也高于 4G。光是在 RF 前端，訊號(hào)損失就會(huì)增加 1~2dB；再加上手機(jī)內(nèi)部能留給天線的空間越來越小，5G 手機(jī)天線的性能，通常會(huì)減少?0.5~1.5dB。

EFFECT PHOTONICS 技術(shù)長 Tim Koene 表示，提到光電積體電路，業(yè)界普遍想到的都是硅光子（Silicon Photonic），并認(rèn)為硅光子將在成本上擁有壓倒性優(yōu)勢(shì)，其他基于化合物半導(dǎo)體的光電積體電路很難與之競(jìng)爭。

以耐受電壓與輸出功率為界，SiC、GaN?各有其優(yōu)勢(shì)場(chǎng)域

Yole Développement 電源與無線部門總監(jiān) Claire Troadec 表示，電源芯片產(chǎn)業(yè)大約每 20?年會(huì)有一次革命性突破，GaN on Si 與 SiC 將是引領(lǐng)這波新革命的要角。但由于材料特性不同，這兩種元件適合的應(yīng)用市場(chǎng)也有所區(qū)隔。一般來說，以耐受電壓 600~650?伏特為界，高于此一區(qū)間的應(yīng)用會(huì)以 SiC 為主；低于此一區(qū)間的市場(chǎng)則會(huì)是 GaN 的主戰(zhàn)場(chǎng)。

就個(gè)別應(yīng)用來說，SiC 最重要的應(yīng)用會(huì)是電動(dòng)車、軌道運(yùn)輸與電動(dòng)車充電站；GaN 最重要的應(yīng)用則是消費(fèi)性電源，其次是電動(dòng)車與不斷電系統(tǒng)（UPS）等。

干坤科技技術(shù)長詹益仁認(rèn)為，GaN 在電源領(lǐng)域的應(yīng)用潛力自 2010?年開始受到關(guān)注，當(dāng)時(shí)業(yè)界對(duì)其發(fā)展前景相當(dāng)看好，投入的廠商也不少。但由于 GaN 與硅的特性不同，操作方式也不一樣，因此在商品化初期遇到相當(dāng)多問題，發(fā)展并不如預(yù)期順利。直到最近一兩年，GaN 在技術(shù)上才真的達(dá)到成熟階段，可以大量商品化。

GaN Systems 亞洲區(qū)總經(jīng)理 Stephen Coates 則指出，以 GaN 材料制作的功率電晶體，經(jīng)過多年發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)漸趨成熟。不僅市場(chǎng)上已有相當(dāng)多標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，價(jià)格也十分具有競(jìng)爭力。以往客戶最有疑慮的元件可靠度問題，現(xiàn)在也已不成問題。除了消費(fèi)性電源之外，GaN Systems 也有服務(wù)器、工業(yè)設(shè)備、能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域的客戶，推出采用 GaN 功率元件的應(yīng)用產(chǎn)品；汽車 Tier 1 客戶則正在設(shè)計(jì)導(dǎo)入階段。這些對(duì)元件品質(zhì)、可靠度要求極為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇怪碑a(chǎn)業(yè)開始采用，是 GaN 元件可靠度已經(jīng)不成問題的最佳證明。

產(chǎn)品線橫跨 GaN 與 SiC 的意法半導(dǎo)體（ST）則認(rèn)為，兩種產(chǎn)品雖然有應(yīng)用重疊之處，但由于技術(shù)特性的差異，會(huì)自然形成產(chǎn)品區(qū)隔。意法策略行銷經(jīng)理 Filippo Di Giovanni 指出，GaN 與 SiC 應(yīng)用重疊的地方，落在輸出功率 1~30kW 之間的應(yīng)用，低于? 1kW 的應(yīng)用，GaN 有明顯的優(yōu)勢(shì)，高于 30kW 的應(yīng)用，則應(yīng)該采用 SiC。

檢測(cè)、蝕刻、封裝陸續(xù)到位，寬能隙元件起飛可期

日月光處長邱基綜就指出，過去幾十年來，電源芯片的封裝一直在追求微型化、更好的散熱性能與更好的電氣特性，所用到的封裝技術(shù)也日益復(fù)雜。早年的電源芯片幾乎都使用打線封裝，但近年來采用覆晶封裝的電源芯片已越來越常見。

而為了進(jìn)一步在單一封裝體內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的整合度，很多芯片商已經(jīng)發(fā)展出將主被動(dòng)元件整合在同一個(gè)基板上的封裝技術(shù)，推出外觀看似芯片，實(shí)為電源模組（Module）的產(chǎn)品。

在檢測(cè)部分，科磊（KLA）區(qū)域產(chǎn)品行銷經(jīng)理周發(fā)業(yè)表示，就 SiC 而言，最關(guān)鍵的是晶圓投片生產(chǎn)前的瑕疵檢測(cè)，因?yàn)?SiC 晶圓出現(xiàn)缺陷的機(jī)率較高，因此在生產(chǎn)前的晶圓缺陷檢測(cè)十分關(guān)鍵。GaN 元件的狀況則正好相反，GaN 元件最棘手的地方在于，蝕刻制程不能對(duì) GaN 的結(jié)構(gòu)造成損傷，否則會(huì)對(duì)元件可靠度造成負(fù)面影響。因此，針對(duì) GaN 元件，檢測(cè)重點(diǎn)在蝕刻加工后的檢測(cè)。

至于在蝕刻部分，住程科技（SPTS）系統(tǒng)副總裁 Dave Thomas 認(rèn)為，SiC 蝕刻最具挑戰(zhàn)性的地方在于如何加快蝕刻的速度，以及加工的終點(diǎn)偵測(cè)。由于 SiC 的硬度相當(dāng)高，要對(duì)此材料進(jìn)行快速蝕刻是比較困難的。另外，因?yàn)?SiC 元件的電晶體未來都會(huì)采用溝槽式結(jié)構(gòu)，這意味著加工的終點(diǎn)會(huì)在盲區(qū)，要透過終點(diǎn)偵測(cè)把蝕刻深度控制得恰到好處，也是相對(duì)挑戰(zhàn)的任務(wù)。

而在 GaN 的蝕刻方面，誠如周發(fā)業(yè)所言，GaN 層對(duì)蝕刻制程所造成的損傷相當(dāng)敏感，故在蝕刻過程中，必須放慢速度，小心翼翼地進(jìn)行。目前 SPTS 已經(jīng)能做到將反應(yīng)爐控制在電漿即將消失的極限條件，藉此把蝕刻速度放到最慢，以盡可能避免對(duì)元件結(jié)構(gòu)造成損傷。

END

來源：化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)

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