近日，蘇州中科重儀半導體材料有限公司（以下簡稱“中科重儀”）自主研發的應用于電力電子領域的大尺寸硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延片生產線正式建成并投入使用，這意味著電力電子方向的功率型氮化鎵外延片生產將擺脫進口依賴，打破受制于人的被動局面，完全實現自主可控。
氮化鎵材料迅速崛起，MOCVD設備國產化勢在必行
氮化鎵（GaN）是第三代半導體材料，具有耐高溫、耐高壓、高頻和高功率等優異特性，被認為是目前最具發展潛力的半導體材料之一，在電力電子領域具有廣闊應用前景。其中外延材料位于氮化鎵產業鏈的上游，決定了器件的性能和成本。氮化鎵材料外延生長的主流方法是金屬有機化學氣相沉積法（MOCVD），由于針對功率型大尺寸硅基氮化鎵材料生產的專用MOCVD設備流場工藝復雜、技術含量高，只有德國、日本等少數發達國家掌握該項技術，因此國內電力電子方向的專用MOCVD設備主要依賴進口，不僅價格昂貴、采購周期長，而且關鍵技術受制于人，建設完全擁有自主知識產權的應用于電力電子領域的硅基氮化鎵外延片生產線勢在必行。
國產電力電子領域硅基氮化鎵外延生產線高產能投入運營
機遇和挑戰并存，中科重儀依托先進的研發和產業化基地，專注于第三代半導體大尺寸硅基氮化鎵外延片研發與制造，致力于為電力電子領域提供高質量氮化鎵材料解決方案。中科重儀自主研發的電力電子方向硅基氮化鎵外延片生產線具有氣源預處理功能，核心反應腔內對溫場、流場均勻性強化控制，加入應力翹曲模型，更加適合大尺寸氮化鎵材料生長。同時自動化控制、監測、分析平臺，可快速優化外延片生長工藝，縮短工藝調整周期。經過抗壓測試和材料生長結果表明，設備具有很好的穩定性和工藝重復性。
應用于電力電子領域的硅基氮化鎵外延片生產線
中科重儀生產的氮化鎵外延片，氮化鎵層厚度約5μm表面無裂紋，翹曲度小于100μm。HEMT結構室溫下，方塊電阻為465Ω/sq，二維電子氣（2DEG）濃度約8×1013 cm-2、2DEG遷移率大于2000 cm2/Vs，片內與片間不均勻性小于1%，可以滿足電力電子領域功率器件開發與應用需求。在實現氮化鎵外延片生產成本大幅降低的同時擺脫了對進口設備的依賴。
為全球半導體產業向前邁進提供中國智慧
據下游有關客戶驗證，中科重儀所生產的氮化鎵外延片具備行業領先的技術指標和卓越的性能，促進了下游晶圓、封裝和應用端的進一步優化提升。中科重儀穩定產能，提供具備高性價比的硅基氮化鎵外延片，不僅有效控制生產成本，還將提供更加靈活的定制化服務和更及時的技術更新。
研發人員在生產線觀察氮化鎵外延片的生長情況
全國產化、自主研發的氮化鎵外延片生產線填補了國內氮化鎵產業的空白，提高了國內外延片的供應能力，免受國際封鎖的影響，降低了氮化鎵技術的應用門檻，為氮化鎵的更多創新應用提供了可能性。高質量外延片的大規模供應將為消費電子、工業電源、電動汽車、通信等多個領域帶來更高效、更先進的解決方案，推動全球半導體產業向前邁進。
國產化MOCVD設備量產功率型氮化鎵外延材料不僅僅是一個技術突破，更將是撬動氮化鎵產業鏈變革的重要因素。
成如容易卻艱辛，勇毅篤行"再出發"
早在1990年，中科重儀的技術團隊就投身于氮化鎵領域。1999年，團隊研制出國內首支綠光GaN基LED器件。2004年，建成了國內首臺應用于LED領域的GaN生產型MOCVD設備，為國內GaN在LED產業的廣泛應用打下堅實基礎。2015年，團隊提出了用于大尺寸外延片應力翹曲評估的“Yao模型”，有效提升GaN外延生產良率，獲得了廣泛的國際認可。2018年，團隊承擔起垂直結構氮化鎵電力電子器件研制的國家自然科學基金課題，進一步鉆研功率型氮化鎵技術。2021年，團隊取得了重大突破--成功研制出國產化中試型電力電子方向專用MOCVD設備，并可以穩定進行大尺寸硅基氮化鎵外延材料生長。
乘勢而上，蓄力前行。經過持續的技術優化，2023年中科重儀在蘇州吳江區建立了國內首條采用國產化MOCVD設備生產的8英寸硅基氮化鎵外延產線，單條產線年產能達5000片。投入運營后，將實現氮化鎵材料綜合生產成本降低50%以上，為市場提供性價比更高的氮化鎵外延片產品，更好地助力電力電子器件實現高性能、高可靠性及低成本的生產目標。
中科重儀在蘇州廠區的實景圖
