AZZURRO以GaN-on-Si技术实现低成本功率半导体制造

随着绿色革命和环保意识的兴起，消费者对各类家电(如冰箱、冷气等)、宽频网路设备、以及消费性产品的节能要求更甚以往。因此，需要更有效的方式来管理主动和待机模式下的功率消耗。这时电源转换器的效率将扮演重要角色。此外，电动车、智慧电网等新兴应用，也将会推动高压半导体元件的市场需求。

然而，对目前以矽晶材料为主的功率元件来说，由于本身材料特性的限制，它的系统拓墣设计已趋近极限，难以提供更佳的效率来因应节能和高电压应用的需求。因此，需要采用新材料，才能有新的突破性发展。举例来说，在LED路灯应用中，便是因为矽晶元件电源转换的效率问题，使得LED照明效率的改善未能充分凸显。而GaN材料具备的崩溃电压(breakdown voltage)及低漏电流特性，能提供高电压应用所需的性能。此外，市场上以2~4寸晶圆为主流，采用AZZURRO的大尺寸GaN-on-Si能取得更佳的成本效益。


Leakage&breakdownvoltage。
AZZURRO可提供高电压产品用的GaN-on-Si技术，并协助客户运用标准矽晶制造设备，开发出以GaN为基础的高压功率元件。目前，市场应用并未用于大尺寸晶圆，在技术逐渐成熟后，未来可望带动功率半导体产业新一波高效能且低成本的元件生产趋势。

开发新一代高压功率半导体主要涉及几个关键考量。创新GaN-on-Si材料能达到矽晶10倍的切换速度。因此，能为切换速度更快、整体切换损失更低的新架构与应用奠定基础。

同时，更高的切换速度能实现更小尺寸的设计。这意味着，能为PC设计出更精巧的电源供应器、为混合油电车(HEV)开发出功率半导体、以及为LED照明内建电源转换模组等。

此外，GaN的导通电阻(Ron)较低，可提供较现有相同面积矽晶元件10倍的效率。由于传导性更佳，切换时的功率损失就更低，产生的热能就更少，因此有助于简化产品的散热设计。另一个效益是，能减少所需的外部元件数量，降低物料清单(BOM)成本。GaN材料的漏电流也非常低。

目前，AZZURRO的客户已经利用GaN-on-Si技术，开发出600~800V范围的产品。实际的商业应用上产品就绪，锁定中/高压市场。而根据AZZURRO的研究数据，运用GaN-on-Si甚至可开发出高达1700V的功率元件。

虽然GaN-on-Si具显著优势，但由于技术上的困难度，因此过去一直未能在业界广泛应用。主要问题在于，由于矽基板和GaN的热膨胀系数不同，在制程中会因为两种材质间的晶格错位而产生应力，进而形成曲度(bow)和裂痕(crack)。

透过AZZURRO专利技术，是使大直径GaN-on-Si技术得以成功进入商业化应用的重要关键。

AZZURRO的150mm(6寸)GaN-on-Si晶圆现已开始提供样本给客户，正进行认证。同时，2011年底以前，AZZURRO将能提供200mm(8寸)晶圆的GaN-on-Si技术，更预计于2012年推出300mm(12寸)晶圆技术。

客户能以AZZURRO的GaN-on-Si晶圆为基础开发功率元件产品，能显著缩短设计周期，仅需6到8周。晶圆代工业务模式亦能适用，这将大幅改变目前功率半导体的制造方式。同时，看好亚洲市场的发展潜力，以及台湾坚强的半导体产业环境，AZZURRO已于日前在台北设立亚洲区办公室，可为此区域客户提供更在地的支援服务。

作者简介：

AZZURRO Semiconductors业务和行销副总裁Erwin Ysewijn，自1989年服务于日立半导体公司开始，便累积了丰富的行销与业务经验，并熟悉亚洲市场，包括日本、南韩、台湾和大陆等地，亦曾负责执行多项策略购并计划，显著推动业务成长。在加入AZZURRO之前，Ysewijn是Lantiq公司的全球行销部门主管。