氮化鎵主要是由人工合成的一種半導體材料，禁帶寬度大于2.3eV，也稱為寬禁帶半導體材料，是研制微電子器件、光電子器件的新型材料。相比“得碳化硅者得天下”，氮化鎵就顯得低調(diào)許多，1969年日本科學家Maruska等人才在藍寶石襯底表面沉積出了氮化鎵薄膜，本世紀初氮化鎵進入了飛速發(fā)展階段。2019年，氮化鎵作為第三代半導體的主要材料之一首次進入主流消費應用，并在2020年因小米氮化鎵充電器而引發(fā)關(guān)注。

氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）同屬于第三代半導體。

第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優(yōu)勢。因此采用第三代半導體材料制備的半導體器件能在更高的溫度下穩(wěn)定運行，適用于高電壓、高頻率場景。此外，它還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈上游原材料包括氮化鎵襯底及氮化鎵外延片，原材料成本較高，進口依賴嚴重，國產(chǎn)化率約10%。

GaN晶圓的分步制造：

第一步MOCVD生長前襯底的清洗

一名實驗室工程師在通風柜里檢查和清潔襯底基板。在這里，他為圖案生長或金屬有機化學氣相沉積做準備。ProNano的MOCVD反 應器的大容量，它在一輪可以外延生長七個50毫米的圓盤，或者- 輪可以外延生長一 個150毫米的圓盤。 當較小的圓盤的直徑增長時，并環(huán)總是利用全部容量，七個位置僅使用一到兩個圓盤。

第二步、掃描電鏡制模與表征

在可以生長納米結(jié)構(gòu)之前，干凈的圓盤在潔凈室中經(jīng)受許多工藝過程，例如沉積、旋轉(zhuǎn)和蝕刻。這在磁盤的整個表面上形成了納米尺度的空腔圖案。空腔的存在決定了納米結(jié)構(gòu)將在哪里產(chǎn)性或不產(chǎn)生。

第三步、用MOCVD外延生長

襯底的圖案和晶面弓導生長呈現(xiàn)特定方向，使得高質(zhì)量的膜或納米結(jié)構(gòu)可以生長在襯底的頂部。襯底的所有操作都在受控的氮氣環(huán)境中進行。

第四步、掃描電鏡進-步表征

在外延晶體生長中，材料中會產(chǎn)生缺陷，也稱為位錯。導體晶片中的位錯越多，電轉(zhuǎn)換過程中浪費的能量就越多，能量效率就變得越低。RISE專家與客戶合作實現(xiàn)非常規(guī)的生長方法，如納米線的聚結(jié)，這些方法在GaN材料中實現(xiàn)更低的缺陷密度方面顯示出了有希望的結(jié)果。

第五步、部件制造和特性測試

用SEM分析GaN晶體后， RISE專家用半導體材料制造電子元件，如肖特基二 極管或p-n二極營。進行表征測試是為了測試材料的導電性、元素的成分和表面光滑度。在潔凈室中，使用平反印刷方法、蝕刻和沉積在培養(yǎng)材料頂部的金屬接觸來生產(chǎn)組件。然后，專家測元件的電容，如電流和電容，并根據(jù)擊穿電壓和泄漏電流等參數(shù)評估其性能。

氮化鎵的應用領(lǐng)域分析

氮化鎵的應用領(lǐng)域遠不止消費電子領(lǐng)域。據(jù)普華有策統(tǒng)計，氮化鎵通常用于微波射頻、電力電子和光電子三大領(lǐng)域，微波射頻方向包含了 5G 通信、雷達預警、衛(wèi)星通訊等；電力電子方向包括了智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費電子等；光電子方向則包括了 LED、激光器、光電探測器等。

而其中，5G 通信與新能源汽車也將成為氮化鎵未來重點投入的方向。隨著汽車電動化、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)市場的不斷增長，在小尺寸封裝強大性能的加持下，GaN再次成為關(guān)注的焦點。在5G通信領(lǐng)域，GaN可以縮小 5G 天線的尺寸和重量，又能滿足嚴格的熱規(guī)范，所以適合毫米波領(lǐng)域所需的高頻和寬帶寬。在目前正熱的汽車電子市場，氮化鎵也可以將汽車的車載充電器（OBC）、DC-DC轉(zhuǎn)換器做得更小更輕，從而有空間放入更多的鋰電池，提升整車續(xù)航里程。

Yole更是預測，從2022年開始預計氮化鎵以小量滲透到OBC和DC-DC轉(zhuǎn)換器等應用中。因此到2026年，汽車和移動市場價值將超過1.55億美元，年復合成長率達185%。

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