我国实现6英寸AlN单晶复合衬底和晶圆制造全流程突破

芯榜

2024-12-08 19:59发布于广东

近日，松山湖材料实验室第三代半导体团队与西安电子科技大学郝跃院士课题组张进成教授、李祥东教授团队，以及广东致能科技有限公司联合攻关，成功基于2~6英寸AlN单晶复合衬底制备了高性能GaN HEMTs晶圆。得益于AlN单晶复合衬底的材料优势 (位错密度居于2×108 cm-2数量级)，AlGaN缓冲层厚度降至350 nm，外延成本大幅下降，且有效控制晶圆翘曲。这是我国在大尺寸新型衬底制备与应用方向取得的又一重大突破。


研究发现，AlN单晶复合衬底表面存在的Si、O杂质会造成寄生漏电通道，使得HEMTs器件无法正常关断。团队据此创新提出二次生长AlN埋层方法覆盖杂质层，使其在超宽禁带材料中无法离化，从而显著抑制漏电。实验结果显示，团队所提出的350 nm无掺杂超薄AlGaN缓冲层的横向击穿电压轻松突破10 kV，HEMTs器件关态耐压超8 kV，动态电流崩塌＜20%，阈值电压漂移＜10%，初步通过可靠性评估。


部分成果发表在器件领域顶刊IEEE TED（DOI: 10.1109/ISPSD59661.2024.10579573）以及ISPSD（DOI: 10.1109/ISPSD59661.2024.10579573）。

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图：基于6英寸AlN单晶复合衬底制造的GaN晶圆，转移特性曲线，动态输出特性曲线和动态转移特性曲线


松山湖材料实验室第三代半导体团队

第三代半导体团队孵化于北京大学王新强教授团队，目前致力于氮化铝单晶复合衬底的研发、中试生产与应用，团队已成功实现2~8英寸氮化铝单晶复合衬底，位错密度居于108 cm-2数量级，表面粗糙度<1 nm，且针对性开发出应力调控方案；产品均匀性优异并成功实现其在紫外LED、功率电子器件与高频MEMS器件的应用验证。


西安电子科技大学广州第三代半导体创新中心

广州第三代半导体创新中心是广州开发区管理委员会与西安电子科技大学共建的重大产业创新平台。聚焦大尺寸氮化镓材料外延生长、氮化镓微波毫米波器件与集成电路、氮化镓电力电子器件与集成电路等技术领域，建设高标准的研发代工公共服务平台和产业支撑体系，建设中试线，进行工程化技术开发，积极进行科技成果转化，孵化初创企业，促进第三代半导体上下游相关产业公司和人才在广州开发区聚集，协助推进第三代半导体产业链在广州开发区落地。


广东致能科技有限公司

广东致能科技有限公司成立于2018年12月，公司总部位于广州，在徐州、深圳、上海等地设有生产研发基地和市场销售中心。公司致力于氮化镓功率半导体器件的研发与生产，已建成外延、器件、封装、系统的全链条研发及生产能力。公司在常开型、常关型、垂直沟道氮化镓功率器件等方面拥有多项独特技术发明，具有完全自主知识产权。公司产品创新性强、可靠性高、应用广泛，具有非常强的市场竞争力。

公司采用垂直整合制造模式（IDM），包括氮化镓外延材料生长、芯片制造、芯片封装和测试的完整生产流程。公司已量产的第一代氮化镓功率器件产品在生产良率、工艺水平、系统效率及可靠性试验等方面已做到业内领先，产品在手机快充、电源适配器、照明驱动、通信电源、储能电源等领域广泛应用。

本文来自：《化合物半导体》。

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