頂點光電子商城2025年1月10日消息：近日，日本豐田合成株式會社（Toyoda Gosei Co., Ltd.）宣布成功開發(fā)出了用于垂直晶體管的8英寸（200mm）氮化鎵（GaN）單晶晶圓。這一成果標志著豐田合成在氮化鎵材料領(lǐng)域取得了重大突破，為高性能功率器件的研發(fā)和生產(chǎn)提供了新的可能。
氮化鎵作為一種第三代半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的電學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，是制造高功率、高效率電子器件的理想材料。然而，制造大尺寸、高質(zhì)量的氮化鎵單晶晶圓一直面臨諸多挑戰(zhàn)。特別是當晶圓尺寸大于4英寸時，由于晶體生長過程中的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，很難獲得高質(zhì)量的單晶晶圓。
為了克服這些挑戰(zhàn)，豐田合成與大阪大學(xué)的研究人員合作，采用了一種創(chuàng)新的多點籽晶法（MPS）和Na助熔劑工藝相結(jié)合的方法。
這種方法將許多小型氮化鎵籽晶預(yù)先分布在大型藍寶石襯底上，并在晶體生長過程中使生長的晶體熔合在一起。利用該技術(shù)可以生產(chǎn)大直徑單晶，為解決大尺寸氮化鎵單晶晶圓的制造難題提供了有效途徑。Na助熔劑工藝是一種成熟的高溫液相外延（LPE）工藝，由日本東北大學(xué)山根久典教授于1996年發(fā)明。通過將鎵（Ga）和氮（N）溶解到液態(tài)鈉（Na）中來生長高質(zhì)量氮化鎵單晶。由于它是液相生長，因此適合生產(chǎn)高質(zhì)量的晶體。結(jié)合這兩種方法的特點，豐田合成成功地在8英寸多點籽晶襯底上生長出了對角線長度略低于8英寸的六方氮化鎵晶體，從而獲得了高質(zhì)量的8英寸氮化鎵單晶晶圓。
采用氮化鎵單晶構(gòu)建的垂直晶體管可提供更高密度的功率器件，相比傳統(tǒng)的硅基氮化鎵橫向晶體管具有顯著的性能優(yōu)勢。這些高性能功率器件在電力電子、新能源汽車、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著晶圓尺寸的增加，單位器件成本呈下降趨勢。8英寸晶圓的面積是6英寸晶圓的1.78倍，更大的晶圓尺寸意味著可以生產(chǎn)更多的器件，有助于提高生產(chǎn)效率并降低成本。豐田合成此次成功開發(fā)出8英寸氮化鎵單晶晶圓，將有力推動氮化鎵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。預(yù)計這將激發(fā)更多企業(yè)和研究機構(gòu)投入氮化鎵材料的研發(fā)和生產(chǎn)中，進一步加速氮化鎵技術(shù)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進程。
豐田合成表示將繼續(xù)與政府、大學(xué)和其他公司合作，盡早推廣大尺寸氮化鎵基板。隨著技術(shù)的不斷進步和成本的進一步降低，氮化鎵材料將在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用，為人類社會的發(fā)展做出更大的貢獻。
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