用于电气化的下一代 GaN发展，第一部分

GaN 半导体是未来节能电动汽车和 5G 网络的关键组成部分。总部位于瑞典隆德的初创公司 Hexagem 正在瑞典研究机构RISE 测试平台 ProNano开发一种解决方案，旨在为更大的电气化和可持续的未来做出贡献。

Hexagem 首席执行官 Mikael Björk 和 RISE 高级项目经理 Michael Salter 指出了这种合作的重要性，这将导致 Hexagem 的技术在未来的能源应用中得到实施。

“他们已经在研究实验室中小规模地展示了他们的技术，但现在他们正在我们的实验室将工艺转移到更大体积的更大晶片尺寸上，以尝试扩大技术规模，”Salter 说。

“ProNano 为我们提供的优势是 Hexagem 可以使用最先进的设施和工具，特别是能够生产 6 英寸晶圆的 MOCVD 1，”Björk 说。“通常，这类工具很难让初创公司自己融资。此外，RISE 人员在 GaN 材料、加工和表征方面拥有丰富的经验。”

行业

随着降低 CO 2 排放的社会压力和法规的增加，从汽车到电信等行业部门正被推动投资于更高效的电力转换和更多电气化。传统的硅基功率半导体技术，如绝缘栅双极晶体管(IGBT)，在工作频率和速度方面存在基本限制，以及高温和低电流性能较差。高压 Si FET 的频率和高温性能同样受到限制。因此，WBG 半导体在许多应用中变得越来越流行。

GaN 功率半导体作为下一代高性能 EV 的关键部件，正获得越来越多的关注，有助于减小尺寸和重量，同时提高效率。这些考虑解决了与范围有关的问题。工程师可以使用 GaN 来创建比 Si 基系统更小、更轻 4 倍、能量损失少 4 倍的电力电子系统。零反向恢复可减少电池充电器和牵引逆变器的开关损耗，以及更高的频率和更快的开关速率等优点。此外，降低开关导通和关断损耗有助于减少用于 EV 充电器和逆变器等应用的电容器、电感器和变压器的重量和体积。

氮化镓晶圆

下一代节能半导体将有助于为可持续的未来创造新的解决方案。从长远来看，这意味着更少的二氧化碳排放，从而改善全球变暖。许多机构的预测表明，到 2050 年，用电量将增加到 200 TWh 以上，这是一个需要在设计层面加以关注的高数字。

半导体基板，或者更确切地说是晶片，其目标是控制电流和整个终端设备的性能。圆形晶圆被切割成邮票大小的碎片，封装在包含数百万个晶体管的微芯片中。

大多数半导体由硅制成，但正在开发不同的变体以满足能源应用对更高效率的需求。例如，在一辆汽车中，需要 1000 多个芯片，而且这个数字很可能会增长。半导体的未来发展将允许通过促进集成来包含更多晶体管。

Hexagem 开发在硅晶片上使用氮化镓的半导体。Hexagem 的高品质 GaN-on-silicon 开发活动旨在降低未来应用的成本和规模优势。他们正在寻找更高的额定电压要求。根据 Hexagem 的说法，所提供的技术将通过利用现有基础设施来降低成本。

GaN-on-Si技术在发展方面的口碑并不好。它有其挑战，由于 GaN 和 Si 之间的原子尺度界面上的材料特性不匹配，因此生长 GaN-on-Si 并不容易。

“该技术的关键优势和挑战将是提供更低的缺陷密度和增加的 GaN 厚度，以实现 900-1200V 功率器件，”Björk 说。

制造组织越来越依赖他们同时设计产品和供应链的能力。GaN-on-Si 的主要优势之一是它是在硅衬底上制造的，因此它现在是 150 毫米宽，并计划扩大到 200 毫米，大多数反应器都可以容纳这两者。