AZZURRO以GaN-on-Si技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本功率半導(dǎo)體制造

隨著綠色革命和環(huán)保意識(shí)的興起，消費(fèi)者對(duì)各類家電(如冰箱、冷氣等)、寬頻網(wǎng)路設(shè)備、以及消費(fèi)性產(chǎn)品的節(jié)能要求更甚以往。因此，需要更有效的方式來管理主動(dòng)和待機(jī)模式下的功率消耗。這時(shí)電源轉(zhuǎn)換器的效率將扮演重要角色。此外，電動(dòng)車、智慧電網(wǎng)等新興應(yīng)用，也將會(huì)推動(dòng)高壓半導(dǎo)體元件的市場需求。

然而，對(duì)目前以矽晶材料為主的功率元件來說，由于本身材料特性的限制，它的系統(tǒng)拓墣設(shè)計(jì)已趨近極限，難以提供更佳的效率來因應(yīng)節(jié)能和高電壓應(yīng)用的需求。因此，需要采用新材料，才能有新的突破性發(fā)展。舉例來說，在LED路燈應(yīng)用中，便是因?yàn)槲г娫崔D(zhuǎn)換的效率問題，使得LED照明效率的改善未能充分凸顯。而GaN材料具備的崩潰電壓(breakdown voltage)及低漏電流特性，能提供高電壓應(yīng)用所需的性能。此外，市場上以2~4寸晶圓為主流，采用AZZURRO的大尺寸GaN-on-Si能取得更佳的成本效益。


Leakage&breakdownvoltage。
AZZURRO可提供高電壓產(chǎn)品用的GaN-on-Si技術(shù)，并協(xié)助客戶運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)矽晶制造設(shè)備，開發(fā)出以GaN為基礎(chǔ)的高壓功率元件。目前，市場應(yīng)用并未用于大尺寸晶圓，在技術(shù)逐漸成熟后，未來可望帶動(dòng)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新一波高效能且低成本的元件生產(chǎn)趨勢。

開發(fā)新一代高壓功率半導(dǎo)體主要涉及幾個(gè)關(guān)鍵考量。創(chuàng)新GaN-on-Si材料能達(dá)到矽晶10倍的切換速度。因此，能為切換速度更快、整體切換損失更低的新架構(gòu)與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

同時(shí)，更高的切換速度能實(shí)現(xiàn)更小尺寸的設(shè)計(jì)。這意味著，能為PC設(shè)計(jì)出更精巧的電源供應(yīng)器、為混合油電車(HEV)開發(fā)出功率半導(dǎo)體、以及為LED照明內(nèi)建電源轉(zhuǎn)換模組等。

此外，GaN的導(dǎo)通電阻(Ron)較低，可提供較現(xiàn)有相同面積矽晶元件10倍的效率。由于傳導(dǎo)性更佳，切換時(shí)的功率損失就更低，產(chǎn)生的熱能就更少，因此有助于簡化產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì)。另一個(gè)效益是，能減少所需的外部元件數(shù)量，降低物料清單(BOM)成本。GaN材料的漏電流也非常低。

目前，AZZURRO的客戶已經(jīng)利用GaN-on-Si技術(shù)，開發(fā)出600~800V范圍的產(chǎn)品。實(shí)際的商業(yè)應(yīng)用上產(chǎn)品就緒，鎖定中/高壓市場。而根據(jù)AZZURRO的研究數(shù)據(jù)，運(yùn)用GaN-on-Si甚至可開發(fā)出高達(dá)1700V的功率元件。

雖然GaN-on-Si具顯著優(yōu)勢，但由于技術(shù)上的困難度，因此過去一直未能在業(yè)界廣泛應(yīng)用。主要問題在于，由于矽基板和GaN的熱膨脹系數(shù)不同，在制程中會(huì)因?yàn)閮煞N材質(zhì)間的晶格錯(cuò)位而產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而形成曲度(bow)和裂痕(crack)。

透過AZZURRO專利技術(shù)，是使大直徑GaN-on-Si技術(shù)得以成功進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用的重要關(guān)鍵。

AZZURRO的150mm(6寸)GaN-on-Si晶圓現(xiàn)已開始提供樣本給客戶，正進(jìn)行認(rèn)證。同時(shí)，2011年底以前，AZZURRO將能提供200mm(8寸)晶圓的GaN-on-Si技術(shù)，更預(yù)計(jì)于2012年推出300mm(12寸)晶圓技術(shù)。

客戶能以AZZURRO的GaN-on-Si晶圓為基礎(chǔ)開發(fā)功率元件產(chǎn)品，能顯著縮短設(shè)計(jì)周期，僅需6到8周。晶圓代工業(yè)務(wù)模式亦能適用，這將大幅改變目前功率半導(dǎo)體的制造方式。同時(shí)，看好亞洲市場的發(fā)展?jié)摿?，以及臺(tái)灣堅(jiān)強(qiáng)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)環(huán)境，AZZURRO已于日前在臺(tái)北設(shè)立亞洲區(qū)辦公室，可為此區(qū)域客戶提供更在地的支援服務(wù)。

作者簡介：

AZZURRO Semiconductors業(yè)務(wù)和行銷副總裁Erwin Ysewijn，自1989年服務(wù)于日立半導(dǎo)體公司開始，便累積了豐富的行銷與業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，并熟悉亞洲市場，包括日本、南韓、臺(tái)灣和大陸等地，亦曾負(fù)責(zé)執(zhí)行多項(xiàng)策略購并計(jì)劃，顯著推動(dòng)業(yè)務(wù)成長。在加入AZZURRO之前，Ysewijn是Lantiq公司的全球行銷部門主管。