六边形战士——氮化镓

产品应用多面性

氮化镓是半导体领域后起之秀中的“六边形战士”，综合性能全面，而射频应用作为氮化镓 的“王牌分支”，凭借出众的“高频、高功率、高效率、抗造”性能表现，在高频高功率场景中让传统硅基、砷化镓器件难以匹敌，打破这二者功率密度偏低的固有局限，在5G/6G通信、国防安全、卫星导航、工业制造等关键领域掀起技术革命，成为支撑高端产业升级的核心基石。

 

 

射频领域

 

这个领域的氮化镓晶圆以碳化硅衬底为主，硅基为补充，主要依赖高频、高功率密度、低功耗优势。

 

具体应用在以下产品：

5G基站的功率放大器、滤波器；

卫星通信中的星载射频载荷、地面站收发器；

国防与航空航天中的军用雷达、电子对抗、无人机通信、导弹制导系统；

以及消费级的高端手机毫米波天线、WiFi7路由器、车载雷达等。

功率电子领域

 

功率电子领域的氮化镓晶圆以硅基为主，满足高效、小型化、节能的需求。

 

具体应用在以下产品：

新能源汽车车载OBC、DC-DC转换器、逆变器；

充电桩中的200-1000kW直流快充桩、随车充；

数据中心与算力基础设施中的服务器电源、UPS不间断电源、AI算力卡电源模块；

工业与能源中的10-1000kW光伏逆变器、储能变流器、工业电机驱动、轨道交通牵引变流器；

消费电子中的快充、LCD 背光驱动、电子烟、空调压缩机、冰箱逆变器等。

光电子领域

 

光电子领域以氮化镓基化合物半导体为主，具有直接带隙可调、覆盖波段广、发光效率高、响应速度快的优势。

可应用于以下产品：

通用照明、LCD电视背光显示、手机屏幕背光显示、车用照明、Mini/Micro LED显示；

激光投影、激光雷达、光纤通信；

紫外杀菌、紫外传感、3D打印、PCB制造；

光纤通信接收端、红外热成像、生物传感、环境监测等。

 

另外在量子计算、生物医疗、氢能电解槽、太空探索等领域都有巨大的增长潜力。

 

当前的主流技术路线

从衬底材料来看，氮化镓器件主要有四种类型，分别是硅基氮化镓(GaN-on-Si)、蓝宝石基氮化镓(GaN-on-Sapphire)、碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)、氮化镓基氮化镓(GaN-on-GaN)。 

 

其中，硅衬底成本仅为碳化硅的1/10，且可直接利用现有8英寸硅晶圆产线，硅基氮化镓（GaN-on-Si）因此成为最具成本优势的技术路线。 目前，市面上主要的氮化镓器件企业都采用了 GaN-on-Si技术方案。

晶圆特性及切割要点

蓝宝石衬底，凭借化学稳定性好、成本适中的优势，一度成为 LED 芯片的主流选择，但是因为两种材料晶格失配率，切热导率低，氮化镓外延层易产生裂纹，易产生热量堆积，目前仅用于中低端 LED、小功率射频器件。在切割过程中需要特别注意蓝宝石衬底硬度极高、脆性大、且散热能力差的特点，考虑分步切割，并控制切割速度。

 

硅衬底，莫氏硬度约为6.5，加工难度低，热导率高，散热效果较好，但外延层易因热失配产生翘曲。需对设备定期进行校准减少振动，避免振动导致外延层与衬底剥离。切割时可以采用中等进给速度，搭配常规冷却液，保持冷却液流速稳定。

 

碳化硅衬底，碳化硅莫氏硬度极高，散热性也极强，针对导电型 SiC 衬底，切割时要注意避免划片刀摩擦产生局部放电，可通过优化冷却液绝缘性减少放电影响。可采用分步切割，注意控制切割深度和进给量，避免产生过大应力，保证切割精度。

 

氮化镓同质衬底，因为长晶难度大，晶圆直径小切厚度薄，成本极高，目前市面上比较少见。

 

 

具体切割方案欢迎咨询西斯特硬刀应用团队。

 

西斯特科技

深圳西斯特科技有限公司 (简称西斯特SST) ，以“让一切磨削加工变得容易”为主旨，倡导磨削系统方法论，2015年金秋创立于深圳，根植于技术创新的精神，屹立于创造价值、追求梦想的企业文化。 

 

基于对应用现场的深度解读、创新性的磨具设计和磨削系统方法论的实际应用，西斯特秉承先进的磨削理念，践行于半导体、汽车零部件等行业，提供高端磨具产品以及“切、磨、钻、抛”系统解决方案，在晶圆与封装基板划切、微晶玻璃和功能陶瓷磨削、汽车零部件精密磨削等领域应用广泛。

 

西斯特科技曾先后获得国家高新技术企业、深圳市专精特新企业等称号，始终以先进的技术、创新的产品、优质服务的理念，引领产业革命，创造无限可能。