他們想用垂直GaN取代SiC！

一家基于專有的氮化鎵（“GaN”）加工技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新型高壓功率開關(guān)元件的半導(dǎo)體器件公司Odyssey Semiconductor Technologies, Inc今天宣布，公司的垂直GaN產(chǎn)品樣品制作完成，并于 2023 年第一季度開始向客戶發(fā)貨。

該公司的首席執(zhí)行官評論道：“我們積壓的客戶一直在熱切地等待這些垂直 GaN 產(chǎn)品樣品。我很自豪地報告說，制造已按計(jì)劃于 2022 年第四季度完成，現(xiàn)在正在準(zhǔn)備樣品，以便在本季度晚些時候運(yùn)送給客戶。”“我們將與這些初始客戶密切合作，以獲得有關(guān)他們產(chǎn)品功能的寶貴反饋。我們希望在 2023 年第二季度末與客戶達(dá)成產(chǎn)品開發(fā)協(xié)議。”他接著說。

CEO進(jìn)一步指出，產(chǎn)品樣品制造的完成鞏固了 Odyssey 作為功率應(yīng)用垂直 GaN 技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者的地位。它需要我們的重要知識產(chǎn)權(quán)來制造適用于客戶用例的產(chǎn)品。展望未來，Odyssey 繼續(xù)開發(fā)和保護(hù)所需的 IP，并將通過與主要客戶合作獲得更多優(yōu)勢，這些客戶將提供更多見解以確保產(chǎn)品成功。

據(jù)報道，Odyssey 的垂直 GaN 方法將比碳化硅或橫向 GaN 提供比硅更大的商業(yè)優(yōu)勢。垂直 GaN 在競爭技術(shù)無法達(dá)到的性能和成本水平上比碳化硅 (SiC) 具有 10 倍的優(yōu)勢。

報道指出，650 伏部分是當(dāng)今更大的市場，預(yù)計(jì)將以 20% 的復(fù)合年增長率增長。1200 伏產(chǎn)品細(xì)分市場預(yù)計(jì)將以 63% 的復(fù)合年增長率更快地增長，并將在本十年的下半年成為更大的市場。根據(jù)法國市場研究公司 Yole Group 的數(shù)據(jù)，到 2027 年，650 伏和 1200 伏功率設(shè)備市場預(yù)計(jì)將超過 50 億美元，復(fù)合年增長率為 40%。

從報道可以看到，Odyssey Semiconductor Technologies, Inc開發(fā)了一項(xiàng)專有技術(shù)，旨在讓 GaN 取代 SiC 作為新興的高壓功率開關(guān)半導(dǎo)體材料。公司總部位于紐約州伊薩卡，擁有并經(jīng)營一個 10,000 平方英尺的半導(dǎo)體晶圓制造設(shè)施，配備 1,000 級和 10,000 級潔凈空間以及用于先進(jìn)半導(dǎo)體開發(fā)和生產(chǎn)的工具。Odyssey Semiconductor 還提供世界一流的半導(dǎo)體器件開發(fā)和代工服務(wù)。

用1200V氮化鎵挑戰(zhàn)SiC？他們在路上

Odyssey Semiconductor Technologies 正在美國制造工作電壓為 650V 和 1200V 的垂直氮化鎵 (GaN) FET 晶體管樣品。

計(jì)劃于 2022 年第四季度提供用于客戶評估的器件產(chǎn)品樣品。這一舉措意義重大，因?yàn)槿蛴卸鄠€ 1200V 垂直 GaN 項(xiàng)目，歐洲的 imec 和 Bosch 致力于該技術(shù)，而中國的 Enkris 生產(chǎn)適用于此類的 300mm 外延片設(shè)備。  

該公司表示，垂直結(jié)構(gòu)將為 650 和 1200 伏器件提供更低的導(dǎo)通電阻和更高的品質(zhì)因數(shù)，其導(dǎo)通電阻僅為碳化硅 (SiC) 的十分之一，并且工作頻率明顯更高。

它表示已獲得三個客戶的承諾，以評估這些第一代產(chǎn)品樣品。它正在研究產(chǎn)品樣品的進(jìn)一步客戶參與。

“Odyssey 實(shí)現(xiàn) 1200 伏垂直 GaN 功率器件這一里程碑的重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過，”O(jiān)dyssey 首席執(zhí)行官 Mark Davidson 說。“我們正在從工藝和材料研發(fā)到以橫向 GaN 實(shí)際無法達(dá)到的電壓提供產(chǎn)品，而經(jīng)濟(jì)性硅和碳化硅無法達(dá)到。對于相同的應(yīng)用，我們的垂直 GaN 產(chǎn)品將提供比碳化硅晶體管小近 10 倍的高功率轉(zhuǎn)換效率。”

“我們不只是制造測試結(jié)構(gòu)。我們正在構(gòu)建客戶需要的產(chǎn)品樣品。隨著客戶全面了解 Odyssey 功率器件的功能，Odyssey 將繼續(xù)履行新的產(chǎn)品樣品承諾。公司擁有獨(dú)特的專業(yè)知識和知識產(chǎn)權(quán)組合來保護(hù)它。通過我們在紐約伊薩卡的自己的鑄造廠，我們可以快速創(chuàng)新并控制我們向客戶供應(yīng)產(chǎn)品的能力，”他說。

Odyssey 表示，其垂直 GaN 方法將提供硅、碳化硅和橫向 GaN 無法提供的更大改進(jìn)。650 伏是當(dāng)今更大的市場，預(yù)計(jì)將以 20% 的復(fù)合年增長率增長。1200 伏產(chǎn)品細(xì)分市場預(yù)計(jì)將以 63% 的復(fù)合年增長率更快地增長，并將在本十年的下半葉成為更大的市場。

根據(jù)收集市場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的法國公司 Yole 的數(shù)據(jù)，到 2027 年，650 和 1200 伏電力設(shè)備市場預(yù)計(jì)將增長到約 50 億美元，復(fù)合年增長率為 40%。

IMEC的1200V氮化鎵

比利時的研究實(shí)驗(yàn)室 imec 在 200 毫米晶圓上展示了突破性的氮化鎵 (GaN) 工藝，該工藝首次可以在高功率 1200V 設(shè)計(jì)中采用碳化硅 (SiC)。

與 Aixtron 的設(shè)備合作，imec 已經(jīng)證明了 GaN 緩沖層的外延生長，可用于 200mm QST 襯底上的 1200V 橫向晶體管應(yīng)用，硬擊穿電壓超過 1800V。

愛思強(qiáng) G5+ C 全自動金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD) 反應(yīng)器在 imec 獲得成功認(rèn)證，用于集成優(yōu)化的材料外延堆疊。該實(shí)驗(yàn)室之前演示了合格的增強(qiáng)模式高電子遷移率晶體管 (HEMT) 和肖特基二極管功率器件，已針對 100V、200V 和 650V 工作電壓范圍進(jìn)行了演示，為大批量制造應(yīng)用鋪平了道路。

然而，要實(shí)現(xiàn)高于 650V 的工作電壓受到了在 200mm 晶圓上生長足夠厚的 GaN 緩沖層的難度的挑戰(zhàn)。因此，迄今為止，SiC 一直是 650-1200V 應(yīng)用的首選寬帶半導(dǎo)體，尤其是電動汽車和可再生能源中的逆變器。

“GaN 現(xiàn)在可以成為從 20V 到 1200V 的整個工作電壓范圍的首選技術(shù)。與本質(zhì)上昂貴的基于 SiC 的技術(shù)相比，基于 GaN 的功率技術(shù)可在高通量 CMOS 晶圓廠的較大晶圓上加工，具有顯著的成本優(yōu)勢，”imec 高級業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理 Denis Marcon 說。

高擊穿電壓的關(guān)鍵在于對復(fù)雜外延材料堆棧的精心設(shè)計(jì)，并結(jié)合使用在 IIAP 計(jì)劃中與 Qromis 一起開發(fā)的 200 毫米 QST 基板。這些晶圓的熱膨脹與 GaN/AlGaN 外延層的熱膨脹非常匹配，為更高電壓操作的更厚緩沖層鋪平了道路。

“將 imec 的 1200V GaN-on-QST 外延技術(shù)成功開發(fā)到 Aixtron 的 MOCVD 反應(yīng)器中是我們與 imec 合作的下一步，”Aixtron 首席執(zhí)行官兼總裁 Felix Grawert 博士說。“在 imec 的設(shè)施中安裝 G5+C 后，imec 專有的 200 毫米 GaN-on-Si 材料技術(shù)在大批量制造平臺上獲得了認(rèn)證，目標(biāo)是高壓電源開關(guān)和射頻應(yīng)用，使我們的客戶能夠?qū)崿F(xiàn)快速通過預(yù)先驗(yàn)證的可用 Epi-recipes 提高產(chǎn)量。憑借這一新成就，我們將能夠共同開拓新市場。”

正在處理橫向 e-mode 設(shè)備以證明設(shè)備在 1200V 下的性能，并且正在努力將該技術(shù)擴(kuò)展到更高電壓的應(yīng)用。除此之外，imec 還在探索在 200mm GaN-on-QST 晶圓上構(gòu)建垂直 GaN 器件，以進(jìn)一步擴(kuò)展基于 GaN 的技術(shù)的電壓和電流范圍。

博世為汽車開發(fā) 1200V GaN 工藝

博世正在開發(fā)一種在歐洲生產(chǎn)的，用于汽車的 1200V 氮化鎵技術(shù)，該技術(shù)將與其碳化硅 (SiC) 器件并列。

這是計(jì)劃到 2026 年在其半導(dǎo)體部門投資 30 億歐元的計(jì)劃的一部分，這是擬議的歐洲微電子和通信技術(shù) IPCEI 計(jì)劃的一部分。歐洲、中國和美國有幾個項(xiàng)目正在開發(fā) 1200V GaN 器件。

自 2021 年底以來，博世羅伊特林根工廠一直在大規(guī)模生產(chǎn)用于電動和混合動力汽車的碳化硅 (SiC) 芯片，它們已經(jīng)幫助將運(yùn)行范圍提高了 6%。

由于年增長率達(dá)到 30% 或更高，對 SiC 芯片的需求仍然很高，這意味著博世的訂單已滿。為了使這些電力電子產(chǎn)品更實(shí)惠、更高效，并解決短缺問題，博世也在探索使用其他類型的芯片。

博世管理委員會主席 Stefan Hartung 表示：“我們還在研究開發(fā)用于電動汽車應(yīng)用的基于氮化鎵的芯片。” “這些芯片已經(jīng)在筆記本電腦和智能手機(jī)充電器中找到了。”

 博世表示，在將它們用于車輛之前，它們必須變得更加堅(jiān)固，并且能夠承受高達(dá) 1200 伏的更高電壓。“像這樣的挑戰(zhàn)都是博世工程師工作的一部分。我們的優(yōu)勢在于我們已經(jīng)熟悉微電子很長時間了——而且我們對汽車也很熟悉。”

該計(jì)劃還包括在羅伊特林根和德累斯頓建造兩個新的開發(fā)中心，總成本超過 1.7 億歐元。此外，該公司將在未來一年斥資 2.5 億歐元，在其位于德累斯頓的晶圓廠新建一個 3,000 平方米的潔凈室空間。“我們正在為半導(dǎo)體需求的持續(xù)增長做準(zhǔn)備——也是為了我們客戶的利益，”Hartung 說。“對我們來說，這些微型組件意味著大生意。”

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