芯干線科技GaN功率器件及應用

01 什么是GaN功率器件

第一代半導體材料以硅（Si）和鍺（Ge）為代表，它們?yōu)榘雽w行業(yè)奠定了堅實的基礎。隨著技術(shù)的發(fā)展，第二代半導體材料以砷化鎵（GaAs）和銻化銦（InSb）為核心，這些材料的高頻和高速特性，為電子器件的性能提升提供了強大動力。而現(xiàn)今，以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等為代表的寬禁帶半導體材料，作為第三代半導體材料，正因其優(yōu)異的性能而備受矚目，其中碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）的發(fā)展尤為成熟。

GaN功率器件指使用氮化鎵（Gallium Nitride，簡稱GaN）材料制造的功率半導體器件。其中，高電子遷移率晶體管（HEMT）是GaN功率器件中的一種重要形式。GaN HEMT器件因其獨特的高電子遷移率特性，在高頻和高功率的應用領(lǐng)域中表現(xiàn)出卓越的性能，成為現(xiàn)代電子設備中不可或缺的關(guān)鍵組件。

02 芯干線科技GaN功率器件及應用

南京芯干線科技有限公司專注于功率半導體器件的研發(fā)，其產(chǎn)品線涵蓋了Si MOS & IGBT、GaN HEMT、SiC MOS & SBD、IGBT以及SiC Module等多個領(lǐng)域。作為國內(nèi)少數(shù)同時涉足碳化硅和氮化鎵功率器件的企業(yè)之一，南京芯干線科技已經(jīng)構(gòu)建了多元化的產(chǎn)品矩陣，為下游客戶提供了穩(wěn)定且批量的供貨能力。

公司目前擁有近60項產(chǎn)品，產(chǎn)品線覆蓋了從40V到1700V的廣泛電壓范圍，滿足了不同應用場景的需求。產(chǎn)品應用覆蓋消費類電源、工業(yè)類電源、新能源汽車、服務器電源、光伏儲能、充電樁、工業(yè)自動化以及人工智能與AI算力等多個領(lǐng)域。

為了滿足電源設計中高頻回路環(huán)路小的要求，芯干線設計了獨特的雙門極驅(qū)動GaN HEMT，客戶在進行PCB LAYOUT設計時可以根據(jù)實際靈活選用不同門級進行驅(qū)動電路設計，同時也大大縮小了GaN HEMT并聯(lián)應用時的高頻環(huán)路，產(chǎn)品特點如下：

使用開爾文驅(qū)動腳，功率地與驅(qū)動地分開，減小共源電感；

驅(qū)動回路最小化, 例如圖中所示，驅(qū)動地在第二層，驅(qū)動信號在第一層，形成最小回路;

器件的源極PAD，打過孔至其他層，在其他層大面積鋪銅，增加散熱;

多個器件并聯(lián)使用時，便于布局驅(qū)動的對稱。大大降低電磁兼容處理的難度。

芯干線科技GaN HEMT的技術(shù)優(yōu)勢如下：

更高的開關(guān)頻率：250KHz及以上

更好的溫升特性：自有專利技術(shù)的封裝設計、散熱能力強、器件更安全可靠

更好的EMI特性：獨家專利的器件結(jié)構(gòu)設計、有利于減小驅(qū)動電路環(huán)路、設計簡單

更靈活的PCB布板：自有專利的驅(qū)動設計、布板更靈活

更低的成本：優(yōu)化了版圖設計、提升了性能、良率更高、成本更低

芯干線GaN產(chǎn)品以獨特的優(yōu)勢，獲得了用戶的好評和市場的認可。公司于2023年率先實現(xiàn)了E-MODE工藝2KW GaN充電器的量產(chǎn)，且已應用在消費類、工業(yè)類及新能源汽車類電源領(lǐng)域，通過技術(shù)團隊不斷創(chuàng)新與突破，GaN產(chǎn)品已穩(wěn)居國內(nèi)領(lǐng)先水平，加上公司自有的GaN芯片設計專利技術(shù)，在性能上與國際龍頭企業(yè)產(chǎn)品比肩齊驅(qū)。

我司自主掌握行業(yè)最前沿的設計與先進封裝技術(shù)，成功通過了汽車級1000小時可靠性測試。今年4月份成功進入全球一線Ai算力服務器供應商白名單，并助力多家上市公司開發(fā)成功GAN電源產(chǎn)品。產(chǎn)品覆蓋100W到11KW 功率段。滿足了消費類、工業(yè)自動化、能源電力與車載電源等多行業(yè)應用。

03 第三代半導體政策支持及GaN HEMT應用

“十四五”開局以來，我國對第三代半導體產(chǎn)業(yè)投入了前所未有的關(guān)注和支持，目標是促進這一產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，增強產(chǎn)業(yè)鏈的自主性和可控性，并著力解決關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”問題。一些省份已經(jīng)從原材料供應、芯片設計、晶圓制造到封裝測試等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，明確提出了半導體分立器件制造行業(yè)的具體發(fā)展目標。

據(jù)統(tǒng)計，2023年全球氮化鎵半導體器件市場銷售額已達到69億元人民幣，并預計到2030年將增長至99億元人民幣，年復合增長率（CAGR）為5.4%（2024-2030）。

隨著第三代半導體技術(shù)的持續(xù)成熟和成本的逐步降低，氮化鎵市場在近幾年已經(jīng)經(jīng)歷了價格的顯著下降。這一趨勢反映了氮化鎵技術(shù)的進步和市場競爭力的提升。隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和應用領(lǐng)域的不斷拓寬，預計氮化鎵產(chǎn)品的價格將繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)中有降的趨勢，這將有助于其在更多領(lǐng)域的普及和應用，從而推動整個氮化鎵市場的持續(xù)增長。

GaN HEMT、Si MOS、SiC MOS應用區(qū)別

從晶圓的設計流程看：

（1） SI MOS首先將晶棒進行切割，然后直接在SI片上剖光、最終進行外延，光刻、離子注入擴散、高溫退火等工序，做成MOS管。

（2） SI基GaN HEMT首先利用SI襯底上外延生長一系列的III-V族材料（例如AlN, GaN, AlGaN），然后通過光刻、化合物沉積等方式做成HEMT管。

（3） SIC MOS是在升華法生長的碳化硅襯底上利用例如CVD工藝進行同質(zhì)外延，再采用熱氧化，離子注入和刻蝕的方式制成MOS器件。

通過上述信息，我們可以得出結(jié)論：從材料成本來看，SiC（碳化硅）材料最貴，生產(chǎn)成本較高。從制造成本來看，GaN（氮化鎵）的成本高于Si（硅）。

綜合考慮性價比時，會發(fā)現(xiàn)Si因其成本較低，更適合應用于對成本敏感的低端消費類電子產(chǎn)品。SiC適合用于高溫、高壓的大功率應用場景。GaN非常適合用于需要小體積、中小功率、高頻和高功率密度的場合。

隨著氮化鎵技術(shù)的日益成熟和成本效益的提高，我們有理由相信，氮化鎵半導體器件將在未來的電子產(chǎn)業(yè)中扮演更加重要的角色，為各行各業(yè)的發(fā)展提供強大的動力。

關(guān)于芯干線科技

芯干線科技是一家專注于第三代半導體功率器件及模塊設計研發(fā)的高科技企業(yè)；公司由功率半導體資深海歸博士、電源行業(yè)市場精英和一群懷揣創(chuàng)業(yè)夢想的年輕專業(yè)人士所創(chuàng)建。公司自創(chuàng)立以來，始終致力于功率半導體GaN、SIC MOSFET、SI MOS、IGBT、SIC、IGBT Module等功率器件的深入研發(fā)與銷售，產(chǎn)品被廣泛應用于消費、光伏、儲能、汽車等電力電子領(lǐng)域，廣受好評。

芯干線科技憑借卓越的創(chuàng)新能力和市場表現(xiàn)，榮獲世紀電源網(wǎng)頒發(fā)的2022年度“新銳功率器件品牌”殊榮，同時躋身2022年“愛集微芯力量最具投資價值企業(yè)”之列，更在同年被評為“規(guī)模以上企業(yè)”，展現(xiàn)了公司強大的發(fā)展?jié)摿托袠I(yè)影響力。

進入2023年，芯干線科技再攀高峰，接連斬獲“第三代半導體行家極光獎”、“中國GaN功率器件十強”、“功率器件SiC行業(yè)優(yōu)秀獎”以及“2023年國家級科技型中小企業(yè)”等一系列重量級獎項，充分彰顯了公司在功率半導體領(lǐng)域的領(lǐng)先地位和卓越貢獻。

展望2024年，芯干線科技將迎來全新的發(fā)展機遇。在國家重點扶持下，公司先后成功通過“國家高新技術(shù)企業(yè)認證”、ISO9001和IATF16949生產(chǎn)質(zhì)量體系認證。為公司的持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展注入了強大的動力。芯干線科技將以此為契機，不斷開拓創(chuàng)新，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務，為行業(yè)的繁榮發(fā)展貢獻更多力量。