射頻應(yīng)用：利用硅基氮化鎵外延片實現(xiàn)低傳導(dǎo)損耗

近年來，對 GaN 功率和 RF 器件的各種應(yīng)用越來越多廣泛，GaN 基產(chǎn)品的需求不斷增長，總部位于新加坡的 IGSS GaN Pte Ltd（IGaN）指出其公司積極開發(fā)硅 / 碳化硅基氮化鎵外延片（GaN-on-Si / SiC）和專有的 8 英寸（200 毫米）GaN 制造技術(shù)并實現(xiàn)了商業(yè)化，產(chǎn)品用于功率，RF 和傳感器應(yīng)用。

當(dāng)前，GaN 的材料的寬帶隙可提供出色的擊穿電場和高漂移速度，適合制造高功率和高頻器件，可應(yīng)用于軍事，國防，航空航天和下一代電信（尤其是 5G 網(wǎng)絡(luò)）等領(lǐng)域。在應(yīng)用方面，III 族氮化物材料（例如 GaN）通常在襯底上異質(zhì)外延生長。在各種襯底材料中，硅由于有較低的襯底成本和對襯底尺寸的靈活可擴展性，被廣泛地選擇用于包括 III 族氮化物材料的外延疊層的生長。III 型氮化物材料與硅襯底之間的材料特性差異（例如熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)）可能會給實際應(yīng)用帶來技術(shù)挑戰(zhàn)（即裂紋，缺陷，晶圓彎曲和晶體質(zhì)量）。

但是，盡管 GaN-on-Si 射頻電子器件顯示出巨大的前景，但仍有一些問題需要解決。比如，在 III 型氮化物 / 硅界面處形成了一個寄生通道，這會導(dǎo)致寄生損耗，嚴(yán)重降低設(shè)備的輸出功率，功率增益和效率，尤其是當(dāng)它們在高頻下工作時。在 RF 應(yīng)用中，GaN-on-Si 高電子遷移率晶體管（HEMT）的關(guān)鍵要求是減少 AlN / Si 界面的傳導(dǎo)損耗。在反應(yīng)器中摻雜 Al 和 Ga，而使 AlN / Si 界面變得導(dǎo)電，因此反應(yīng)器的預(yù)處理和硅襯底上第一層 AlN 層的生長條件對于抑制傳導(dǎo)損耗至關(guān)重要。

IGaN 公司聲稱其技術(shù)具有實現(xiàn)極低傳導(dǎo)損耗的獨特優(yōu)勢，符合用于射頻應(yīng)用的 GaN-on-Si HEMT 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。最近 IGaN 公司制備的 GaN-on-Si HEMT 晶圓在 10GHz 的工作頻率下，可實現(xiàn)室溫時的傳導(dǎo)損耗為 0.15dB，高溫下的傳導(dǎo)損耗為 0.23dB。該圖顯示了 10GHz 的工作頻率下，在室溫和高溫下的傳導(dǎo)損耗測量值。低傳導(dǎo)損耗是實現(xiàn)低 RF 損耗的關(guān)鍵因素，這對于 RF 設(shè)備至關(guān)重要。

圖：IGaN 公司 GaN-on-Si HEMT 晶片上，在 10GHz 的工作頻率下，室溫和高溫下的傳導(dǎo)損耗測量。

除了傳導(dǎo)損耗測試外，IGaN 還實施了一種在 fab 加工前篩選出性能較差的 GaN 外延片的快速方法，該方法可以節(jié)省客戶昂貴的報廢成本，并有助于避免在外延片襯底具有高傳導(dǎo)損耗的情況下對下游加工的晶圓和封裝器件造成潛在的浪費。IGaN 公司指出，早期發(fā)現(xiàn)高傳導(dǎo)損耗的外延片對于 RF-GaN 器件的大規(guī)模生產(chǎn)至關(guān)重要。