| 发布日期：2025-09-12 09:06 点击次数：78 |
氟离子注入技术成关键，击穿电压飙升125%
华为与山东大学近日联合发布全球首个1200V全垂直硅基氮化镓（GaN）功率MOSFET，击穿电压高达1277V，比传统结构提升125%。 这项突破的核心是一种名为氟离子注入终端（FIT）的新技术，它取代了沿用数十年的台面刻蚀终端（MET），彻底解决了高压电场在芯片边缘聚集导致器件提前失效的行业难题。
传统垂直GaN器件依赖昂贵的氮化镓衬底，一片2英寸GaN晶圆价格高达1.5万元，而华为方案采用8英寸硅衬底，成本仅需300元。 通过独创的AlGaN/AlN多层导电缓冲层，团队在硅片上生长出7微米厚的高质量GaN漂移层，位错密度低至每平方厘米1.4亿个，接近GaN衬底水平。 更薄的漂移层设计（比GaN衬底方案薄30%）进一步压缩了成本。
性能碾压：导通电阻低至5.6mΩ·cm²，实测数据显示，这款FIT-MOS器件展现出全面领先的特性：阈值电压3.3V，确保安全可靠的增强型工作模式；开关电流比达到千万级（10^7），信号控制精准度跃升；导通电流密度飙升至8kA/cm²，功率密度超传统方案十倍；比导通电阻仅5.6mΩ·cm²，巴利加优值（BFOM）高达291MW/cm²，与万元级GaN衬底器件持平。
横向GaN器件电流在芯片表面横向流动，如同车辆在环岛绕行，路径长、损耗大。而垂直GaN的电流从顶部源极直通底部漏极，好比高速电梯直达。 这种结构带来三重颠覆：耐压能力由漂移层厚度决定，无需增大芯片面积即可突破千伏大关；热量通过垂直通道高效导出，散热性能提升五倍；寄生电容减少40%，开关速度突破MHz限制。
广东致能半导体在第十五届国际氮化物半导体会议（ICNS-15）上，全球首次展示硅基垂直GaN/AlGaN异质结构。 其创新点在于：直接在硅衬底上外延生长出垂直二维电子气沟道（2DEG），电子迁移率提升三倍；采用鳍状氮化镓结构，突破外延层位错密度瓶颈；通过完全去除硅衬底工艺，实现全垂直电极布局，散热效率再跃升30%。
2024年5月，Power Integrations火速收购垂直GaN企业Odyssey，后者已量产650V/1200V器件，导通电阻仅为碳化硅的十分之一。 2025年1月，安森美斥资2000万美元吞并NexGen Power工厂，其与通用汽车合作的GaN主驱项目获美国能源部重点资助。 日本信越化学则押注衬底剥离技术，用晶体膜键合（CFB）工艺将材料成本砍掉90%。
蓝宝石衬底异军突起，1200V器件量产破局，英诺赛科、致能半导体等中国企业另辟蹊径，在蓝宝石衬底上实现1200V GaN器件突破。 蓝宝石的热膨胀系数与GaN更匹配，大幅降低外延应力缺陷。 2025年8月深圳行业论坛披露：英诺赛科1400V p-GaN器件已进入机器人关节驱动系统，镓宏半导体1800V器件通过车规验证。
华为团队在实验中观测到氟离子通过Ga空位向表面逃逸的现象，这曾是导致器件性能退化的致命伤。 通过优化三能级注入工艺（80/140/240keV）与退火程序，在850℃氮气环境中激活埋藏p-GaN层，再经85℃四甲基氢氧化铵（TMAH）溶液修复刻蚀损伤，最终将关态漏电流压制在微安级。
传统MET结构在400V电压下，台面拐角处电场强度骤升至2.7MV/cm，形成红色危险区；FIT-MOS在1200V高压下，终端电场分布均匀，峰值电场下降60%；唯一残余风险在沟槽栅底部，可通过集成屏蔽结构进一步优化。
Elmo公司2025年8月推出钛合金封装双轴GaN伺服驱动器，连续功率2.4kW。 国内企业英诺赛科已向两家机器人公司交付GaN驱动芯片，进入小批量生产阶段。 行业预测：2030年全球人形机器人GaN器件市场规模将达0.89亿美元，五年增长率超700%。
广东致能围绕垂直2DEG沟道技术，在全球布局核心专利组合。 华为FIT终端结构已申请多国发明专利。专利分析显示：2023年至今，中国企业在垂直GaN领域的专利申请量年增67%，覆盖外延生长、电极互联、热管理三大模块。
华为采用住友Eaton Nova的NV-GSD-HE离子注入机实现氟离子精确掺杂，原子层沉积（ALD）设备堆叠100nm二氧化硅栅介质。 中国电科旗下仪器公司已攻克8英寸GaN外延设备，中微公司反应离子刻蚀机进入致能半导体产线。
#图文作者引入激励计划#
