異質(zhì)結(jié)國際學(xué)會(huì)“TWHM” GaN

LED半導(dǎo)體照明網(wǎng)訊 9月2~5日“Topical Workshopon Heterostructure Microelectronics（TWHM 2013）”在日本函館舉行。據(jù)了解，該會(huì)議每隔一年舉辦一次，2013年迎來了第十屆。此次會(huì)議是討論采用不同材料的構(gòu)造體（異質(zhì)結(jié)）在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用的國際會(huì)議。此次會(huì)議共有135人參加，可以說是一次小型國際會(huì)議。大多數(shù)討論內(nèi)容著眼于異質(zhì)結(jié)在化合物半導(dǎo)體、尤其是采用GaAs及GaN的高速RF元件與功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用。

盡管GaN-on-Si在功率元件領(lǐng)域的應(yīng)用方面已經(jīng)取得了成果，但讓長期從事硅半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的筆者感到擔(dān)心的是，GaN-on-Si的可靠性模型尚未確立。也就是說，就硅半導(dǎo)體而言，按照“浴盆曲線”模型和加速試驗(yàn)方法，如果能降低初始不合格率或進(jìn)行篩選，業(yè)界就擁有了能夠確保在市場(chǎng)上使用10年的可靠性的方法。但GaN-on-Si方面尚未找到這種方法。筆者認(rèn)為，這種方法有了眉目以后，GaN-on-Si才能真正綻放光彩。

此次會(huì)議共發(fā)表了19篇特約論文和45篇小論文（簡(jiǎn)短發(fā)表＋展板），過去曾參加會(huì)議的人士表示，“因?yàn)閰?huì)者比較固定，所以可從特約論文中看出該領(lǐng)域的尖端技術(shù)動(dòng)向?！?/p>

在全體會(huì)議上，東京大學(xué)發(fā)表了關(guān)于介于微波和紅外區(qū)域之間的1012Hz頻帶（300μm波長區(qū)域）的應(yīng)用研究的論文。該大學(xué)介紹說，該領(lǐng)域的研究相當(dāng)于電子元件和光學(xué)元件的中間領(lǐng)域，對(duì)于GaN-on-Si在單分子元件（Single Molecular Device）及單量子點(diǎn)（Single Quantum Dots）領(lǐng)域的應(yīng)用非常重要。

GaN的應(yīng)用機(jī)遇日益高漲，大致可以分為RF元件領(lǐng)域的應(yīng)用和功率元件領(lǐng)域的應(yīng)用兩類。

RF元件方面，由于其高速開關(guān)特性，效率只能提高至50％左右。換個(gè)角度來說就是熱損失有50％，因此散熱是非常重要的因素。美國TriQuin半導(dǎo)體公司此次發(fā)表的論文就是站在這一觀點(diǎn)對(duì)GaAs、GaN-on-Si、GaN-on-SiC進(jìn)行比較。據(jù)該公司介紹，考慮了必要的散熱的FET的輸出功率方面，GaAs器件約為1W/mm，GaN-on-Si為2W/mm，GaN-on-SiC為4.5W/mm。要想實(shí)現(xiàn)更大的輸出功率就必須使用金剛石基板。使用容易買到且導(dǎo)熱率高的SiC作基板是一種較為現(xiàn)實(shí)的解決方案。

關(guān)于GaN在功率元件領(lǐng)域的應(yīng)用，美國HRL實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，GaN-on-Si要實(shí)現(xiàn)實(shí)用化就必須要實(shí)現(xiàn)99％以上的電力效率、100kHz的高工作頻率以及用來確保安全性的常閉開關(guān)。同時(shí)，可擴(kuò)展性以及確立量產(chǎn)技術(shù)也非常重要。上圖為該公司的演講中介紹的效率達(dá)到95％的1MHzGaN升壓轉(zhuǎn)換器（工作電壓為360V、輸出功率為425W）的示例。該公司強(qiáng)調(diào)，要使這些產(chǎn)品普及，除了電路與組裝技術(shù)方面的模式變革、確?？煽啃耘c耐久性之外，早日投入應(yīng)用也十分重要。