產(chǎn)品應(yīng)用多面性

氮化鎵是半導(dǎo)體領(lǐng)域后起之秀中的“六邊形戰(zhàn)士”，綜合性能全面，而射頻應(yīng)用作為氮化鎵 的“王牌分支”，憑借出眾的“高頻、高功率、高效率、抗造”性能表現(xiàn)，在高頻高功率場景中讓傳統(tǒng)硅基、砷化鎵器件難以匹敵，打破這二者功率密度偏低的固有局限，在5G/6G通信、國防安全、衛(wèi)星導(dǎo)航、工業(yè)制造等關(guān)鍵領(lǐng)域掀起技術(shù)革命，成為支撐高端產(chǎn)業(yè)升級的核心基石。

射頻領(lǐng)域

這個領(lǐng)域的氮化鎵晶圓以碳化硅襯底為主，硅基為補充，主要依賴高頻、高功率密度、低功耗優(yōu)勢。

具體應(yīng)用在以下產(chǎn)品：

5G基站的功率放大器、濾波器；

衛(wèi)星通信中的星載射頻載荷、地面站收發(fā)器；

國防與航空航天中的軍用雷達(dá)、電子對抗、無人機通信、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)；

以及消費級的高端手機毫米波天線、WiFi7路由器、車載雷達(dá)等。

功率電子領(lǐng)域

功率電子領(lǐng)域的氮化鎵晶圓以硅基為主，滿足高效、小型化、節(jié)能的需求。

具體應(yīng)用在以下產(chǎn)品：

新能源汽車車載OBC、DC-DC轉(zhuǎn)換器、逆變器；

充電樁中的200-1000kW直流快充樁、隨車充；

數(shù)據(jù)中心與算力基礎(chǔ)設(shè)施中的服務(wù)器電源、UPS不間斷電源、AI算力卡電源模塊；

工業(yè)與能源中的10-1000kW光伏逆變器、儲能變流器、工業(yè)電機驅(qū)動、軌道交通牽引變流器；

消費電子中的快充、LCD 背光驅(qū)動、電子煙、空調(diào)壓縮機、冰箱逆變器等。

光電子領(lǐng)域

光電子領(lǐng)域以氮化鎵基化合物半導(dǎo)體為主，具有直接帶隙可調(diào)、覆蓋波段廣、發(fā)光效率高、響應(yīng)速度快的優(yōu)勢。

可應(yīng)用于以下產(chǎn)品：

通用照明、LCD電視背光顯示、手機屏幕背光顯示、車用照明、Mini/Micro LED顯示；

激光投影、激光雷達(dá)、光纖通信；

紫外殺菌、紫外傳感、3D打印、PCB制造；

光纖通信接收端、紅外熱成像、生物傳感、環(huán)境監(jiān)測等。

另外在量子計算、生物醫(yī)療、氫能電解槽、太空探索等領(lǐng)域都有巨大的增長潛力。

當(dāng)前的主流技術(shù)路線

從襯底材料來看，氮化鎵器件主要有四種類型，分別是硅基氮化鎵(GaN-on-Si)、藍(lán)寶石基氮化鎵(GaN-on-Sapphire)、碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)、氮化鎵基氮化鎵(GaN-on-GaN)。

其中，硅襯底成本僅為碳化硅的1/10，且可直接利用現(xiàn)有8英寸硅晶圓產(chǎn)線，硅基氮化鎵（GaN-on-Si）因此成為最具成本優(yōu)勢的技術(shù)路線。 目前，市面上主要的氮化鎵器件企業(yè)都采用了 GaN-on-Si技術(shù)方案。

晶圓特性及切割要點

藍(lán)寶石襯底，憑借化學(xué)穩(wěn)定性好、成本適中的優(yōu)勢，一度成為 LED 芯片的主流選擇，但是因為兩種材料晶格失配率，切熱導(dǎo)率低，氮化鎵外延層易產(chǎn)生裂紋，易產(chǎn)生熱量堆積，目前僅用于中低端 LED、小功率射頻器件。在切割過程中需要特別注意藍(lán)寶石襯底硬度極高、脆性大、且散熱能力差的特點，考慮分步切割，并控制切割速度。

硅襯底，莫氏硬度約為6.5，加工難度低，熱導(dǎo)率高，散熱效果較好，但外延層易因熱失配產(chǎn)生翹曲。需對設(shè)備定期進(jìn)行校準(zhǔn)減少振動，避免振動導(dǎo)致外延層與襯底剝離。切割時可以采用中等進(jìn)給速度，搭配常規(guī)冷卻液，保持冷卻液流速穩(wěn)定。

碳化硅襯底，碳化硅莫氏硬度極高，散熱性也極強，針對導(dǎo)電型 SiC 襯底，切割時要注意避免劃片刀摩擦產(chǎn)生局部放電，可通過優(yōu)化冷卻液絕緣性減少放電影響。可采用分步切割，注意控制切割深度和進(jìn)給量，避免產(chǎn)生過大應(yīng)力，保證切割精度。

氮化鎵同質(zhì)襯底，因為長晶難度大，晶圓直徑小切厚度薄，成本極高，目前市面上比較少見。

具體切割方案歡迎咨詢西斯特硬刀應(yīng)用團(tuán)隊。

西斯特科技

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