派恩杰半导体:跨越“抗高压和高可靠”两座大山,GaN方能大规模“上车”

来源:华强电子网 作者:黄兴 时间:2022-04-26 15:56

派恩杰半导体 GaN SiC

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今年开始,GaN车规化获得很多企业的青睐,不仅有圈内大厂ST、英飞凌、TI将其列为重推产线,更有纳微、安世等后发新秀,纷纷借助GaN优势的性能打出一系列车用级产品,推动GaN“上车”声浪节节走高。但从在市场实际渗透方面,GaN显然还是比SiC要慢半拍。

这不仅仅只是GaN起步时间稍晚所致,还有一些更深层次的原因。事实上,很多公司通过GaN去尝试Jedec标准工业级尝试,但是都失败了,没有通过GaN的工业级测试。这当中有很大一部分是材料本身的原因,以及二维电子器物理机理的这把双刃剑。

派恩杰半导体创始人兼总裁黄兴接受《华强电子》记者采访时阐述说:“这个机理是不掺杂的情况下,在一个极狭窄的二维平面内,产生高导电能力。但是,这也同时引入了很多很难管理的电场尖峰,以及整个器件设计被限制在平面结构当中。它的平面能力,大电流能力会非常有限。电流不能等比例扩大,横向器件不能得到10倍的电流。”

相比之下,黄兴认为:“碳化硅这一类的纵向器件,扩大面积可以得到10倍的电流。材料本身有衬底选择的问题,如果选择便宜的硅衬底,在外延生长就会带来很多缺陷。如果选择缺陷少的材料,比如SiC和蓝宝石衬底,在价格上就没有优势了。氮化镓只是外延,最近有一些声音说可以将GaN在衬底上生长GaN外延,并制作器件,这根本是无稽之谈。第一没有价格优势,第二做纵向电子器件,无法生成二维电子器,也就失去了性能优势。”

虽然很多公司都在极力推广GaN的价格优势,可这主要也是因为工艺制造这一块相对简单,只需要半条硅线,但从深层的角度来看,“由于二维电子器的存在,不需要做任何掺杂,不需要高温退火和氧化,只需要钝化就可以了。而里面最核心的机密,是如何生成高质量的二维电子器和高质量外延。SiC则不然,SiC需要完整的硅设备,很多前道工艺设备需要为SiC特殊改造。比如掺杂,退火,氧化都需要为碳化硅专门改造。所以说,碳化硅产线的投入比GaN投入高很多。材料的投入巨大,从金锭PVT生长,金元切磨抛,到外延MOCVD工艺无不涉及各种昂贵的设备,以及难以控制的工艺秘密。” 黄兴解释到。

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针对价格和成本问题,黄兴也给出了自己的理解和预判:“GaN的主要成本在外延生长。相比起来SiC已经便宜非常多了。而且性能和成本是可以互换的。SiC的成本和性能可以让大家放心使用。综合成本已经核算了。如果说GaN想要替代SiC,先要解决可靠性的问题,才能谈替换。从现在的趋势看,车用电池电压会有逐渐升高的趋势,保时捷的泰康已经推出了800v电压系统的电动汽车,这将成为主流趋势。目前对于400v的系统来说的话,GaN只能在消费级勉强使用。如果电动汽车的电压逐渐升高,GaN的上车时间只会被越来越远。”

综上所述,GaN其本身特性暂不适合在汽车市场大规模应用,消费电子依然会是主要战场。毕竟,论成本和量产供货能力,GaN的门槛要比其“前辈”SiC要有优势得多,但记者认为,最多也只能在SiC器件面临大规模缺货短期供应不上的情况下可能会小有“用武之地”。从长期发展角度来看,GaN想要大规模上车,撼动SiC在新能源汽车市场的“稳固江山”,抗高压和高可靠能力是两座难越的“大山”,GaN“车规化”还有很长一段路要走。



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