氮化镓的发展难题

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氮化镓和碳化硅都是半导体产业中的重要材料,它们各有特点。尽管碳化硅的发展历史更长,但氮化镓凭借其独特的物理特性,如禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、饱和电子漂移速度高以及抗辐射能力强等,展现出了其优越性。
GaN
 
氮化镓的吸金能力也毫不逊色,据预测,到2026年,氮化镓功率市场规模将达到11亿美元。然而,氮化镓的发展并非一帆风顺,它也面临着种种技术挑战。
 
首先,衬底材料的选择是一个关键问题。目前最常用的衬底是蓝宝石(Al2O3),虽然其制备简单、价格低廉、热稳定性良好,且可以用于生长大尺寸的薄膜,但由于其晶格常数和线膨胀系数与氮化镓相差较大,制备出的氮化镓薄膜可能会存在裂纹等缺陷。
 
其次,氮化镓薄膜的制备也是一个挑战。传统的GaN薄膜制备方法有MOCVD(金属有机物气相沉积法)、MBE法(分子束外延法)和HVPE(氢化物气相外延法)。其中,MOCVD法制备的产量大,生长周期短,适合用于大批量生产,但生长完毕后需要进行退火处理,最后得到的薄膜可能会存在裂纹,会影响产品的质量;MBE法只能用于一次制备少量的GaN薄膜,尚不能用于大规模生产;HVPE法生成的GaN晶体质量比较好,且在较高的温度下生长速度快,但高温反应对生产设备、生产成本和技术要求都比较高。
 
此外,获得高质量、大尺寸的GaN籽晶也是一个难题。直接采用氨热方法培育一个两英寸的籽晶需要几年时间,因此如何高效地获得GaN籽晶是亟待解决的问题。
 
最后,还有一些其他的技术挑战。例如,目前生长的基板碳化硅在尺寸上尚无法突破6英寸晶圆的大小,同时碳化硅的取得成本较高,导致目前既无法大量生产、价格也压不下来;另一方面,如何让氮化镓能在硅晶圆上面生长、并且拥有高良率,是业界要突破的技术难题。如果能够克服并运用现有的基础设施,氮化镓未来的价格跟产量就能有所改善。
 
要想提升氮化镓的产能、成本控制并形成完整的产业链,所面对的技术挑战不容小觑。然而,随着科技的不断进步和创新,我们有理由相信,这些技术难题终将被克服,氮化镓将在半导体产业中发挥更大的作用。
 
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