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近日，九峰山實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)在全球首次實(shí)現(xiàn)8英寸硅基氮極性氮化鎵高電子遷移率材料的制備，在高頻、高功率器件等領(lǐng)域，有望為前沿技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化落地提供有力支撐：
3月22日，九峰山實(shí)驗(yàn)室在官微公布了其GaN系列成果，包括國際首創(chuàng)8英寸硅基氮極性氮化鎵襯底（N-polar GaNOI）、全國首個(gè)100nm高性能氮化鎵流片PDK平臺(tái)等，在材料、器件到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用取得一系列突破。
值得關(guān)注的是，九峰山實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)在全球首次實(shí)現(xiàn)8英寸硅基氮極性氮化鎵（N-polar GaNOI）高電子遷移率材料的制備。該成果將助力射頻前端等系統(tǒng)級(jí)芯片在頻率、效率、集成度等方面越級(jí)提升，為下一代通信、自動(dòng)駕駛、雷達(dá)探測、微波能量傳輸?shù)惹把丶夹g(shù)發(fā)展提供有力支撐。
據(jù)了解，氮化鎵晶體結(jié)構(gòu)的極性方向?qū)ζ骷阅芎蛻?yīng)用有著重要影響，根據(jù)晶體生長的極性方向，主要分為氮極性氮化鎵（N-polar GaN）和鎵極性氮化鎵（Ga-polar GaN）兩種相反的極化類型。已有研究表明，在高頻、高功率器件等領(lǐng)域，氮極性氮化鎵比傳統(tǒng)的鎵極性氮化鎵技術(shù)優(yōu)勢更明顯。
作為高頻通信與雷達(dá)探測的關(guān)鍵半導(dǎo)體材料，氮極性氮化鎵已成為國際科研界深入探索的焦點(diǎn)。然而由于嚴(yán)苛的材料生長條件、高度復(fù)雜的工藝等瓶頸制約，目前國際上僅有少數(shù)機(jī)構(gòu)可小批量生產(chǎn)2-4英寸氮極性氮化鎵高電子遷移率襯底材料，且成本昂貴。
據(jù)九峰山實(shí)驗(yàn)室透露，此次突破主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面，為該材料大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化奠定了重要基礎(chǔ)：
一是成本控制，采用硅基襯底，兼容8英寸主流半導(dǎo)體產(chǎn)線設(shè)備，深度集成硅基CMOS工藝，使該技術(shù)能迅速適配量產(chǎn)工藝。
二是材料性能提升，材料性能與可靠性兼具。
三是良率提升，鍵合界面良率超 99%。
九峰山實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，未來一旦突破量產(chǎn)技術(shù)臨界點(diǎn)，氮極性氮化鎵材料將在以上領(lǐng)域開辟新的應(yīng)用場景，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到革新性推動(dòng)作用。
目前，商用的GaN的光電和電子功率器件主要是在鎵極性硅基氮化鎵上開發(fā)，氮極性硅基氮化鎵主要應(yīng)用于射頻器件領(lǐng)域。此外，由于硅基氮化鎵在高電壓場景下不具備優(yōu)勢，業(yè)內(nèi)也在逐漸采用藍(lán)寶石基氮化鎵路線，以推進(jìn)1200V—3300V GaN 功率器件的商用化進(jìn)程：
值得關(guān)注的是，除了九峰山實(shí)驗(yàn)室外，Transphorm、住友電工等企業(yè)或機(jī)構(gòu)通過采用藍(lán)寶石等襯底，在氮極性氮化鎵研發(fā)上也取得了進(jìn)展：
然而，氮極性氮化鎵目前仍處于研發(fā)階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，但其潛在的市場價(jià)值和技術(shù)優(yōu)勢已經(jīng)吸引了眾多企業(yè)的目光。鑒于此，《2024-2025氮化鎵（GaN）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》也將重點(diǎn)調(diào)研氮極性氮化鎵等新興方向，力圖為企業(yè)提供專業(yè)支持和市場洞察。
目前，《氮化鎵白皮書》的編寫還得到了英諾賽科、能華半導(dǎo)體、京東方華燦光電等企業(yè)的大力支持，并將于2025年8月正式發(fā)布，歡迎廣大領(lǐng)軍企業(yè)參編，與我們共同探索氮化鎵產(chǎn)業(yè)的廣闊機(jī)遇。
