隨著寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域部分核心專利陸續(xù)到期，一場技術(shù)創(chuàng)新的浪潮正悄然興起。英國初創(chuàng)公司#柵源漏半導(dǎo)體（Gate Source Drain Semiconductor Ltd）抓住這一歷史機(jī)遇，正專注于研發(fā)新一代的專利保護(hù)型寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件。該公司計(jì)劃在未來2-3年內(nèi)，推出垂直GaN場效應(yīng)管（VFET）和橫向?qū)щ奡iC結(jié)型場效應(yīng)晶體管（LCJFET）的原型產(chǎn)品，旨在突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，推動高功率、高頻率半導(dǎo)體器件的規(guī)模化應(yīng)用。
01、垂直GaN場效應(yīng)管（VFET）：顛覆傳統(tǒng)架構(gòu)，解決三大技術(shù)難題
GaN高遷移率晶體管（GaN HEMT）盡管在高功率、高頻率應(yīng)用中表現(xiàn)出色，但長久以來一直受困于三大技術(shù)難題：外延襯底匹配性差、散熱效率低以及柵極漏電導(dǎo)致的器件失效。這些問題導(dǎo)致其應(yīng)用場景始終受限。
柵源漏半導(dǎo)體早在2017年就開始布局垂直GaN場效應(yīng)管（VFET）的研發(fā)，并已獲得美國（US0629720B）和中國（CN 108780811）的專利授權(quán)。其核心突破在于對GaN晶體管技術(shù)進(jìn)行了根本性革新：
大幅降低缺陷與漏電：通過橫向生長技術(shù)，將柵極漏電電流降低了兩個數(shù)量級，從根本上解決了器件在高溫下失效的問題。
創(chuàng)新熱管理設(shè)計(jì)：其導(dǎo)電通道與10-30微米厚的GaN層平行，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)Si基HEMT（1微米）和SiC基HEMT（1.5-2.5微米）。這使得熱量能快速擴(kuò)散至封裝材料，徹底擺脫了襯底對散熱的限制。
兼顧性能與成本：引入漂移層以增強(qiáng)耐壓能力，優(yōu)化源漏電極接觸以降低電阻，從而提升射頻頻率。同時，采用成本更低的濕刻與氣相刻蝕工藝制備柵極，取代了昂貴的電子束光刻，顯著降低了制造成本。
更具前景的是，GaN場效應(yīng)管（VFET）可以基于Si襯底制備，有望與Si MOSFET實(shí)現(xiàn)單體集成，為未來的低成本、高集成度半導(dǎo)體解決方案奠定基礎(chǔ)。目前，該公司關(guān)于其基本結(jié)構(gòu)和制造工藝已在《Semiconductor Today》雜志上發(fā)表，其技術(shù)路徑清晰且具備可追溯性。
02、橫向?qū)щ奡iC結(jié)型場效應(yīng)晶體管（LCJFET）：破解SiC器件成本與可靠性痛點(diǎn)
SiC開關(guān)晶體管雖被視為下一代功率器件的核心，但其高昂的成本與可靠性問題仍是行業(yè)痛點(diǎn)。SiC MOSFET存在導(dǎo)通態(tài)電子遷移率低（僅為Si器件的5-10%）、大電流下導(dǎo)通電壓高（30-45V，是Si IGBT的3-5倍）等問題，這些都導(dǎo)致熱管理與封裝成本飆升，并限制了成品率。
柵源漏半導(dǎo)體瞄準(zhǔn)橫向?qū)щ奡iC結(jié)型場效應(yīng)晶體管（LCJFET），通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)（如在N型SiC襯底形成PNPN結(jié)構(gòu)），實(shí)現(xiàn)了兩大突破：
提升電子遷移率：改善了導(dǎo)通性能，有效降低了能量損耗。
簡化熱管理：規(guī)避了垂直結(jié)構(gòu)JFET的散熱難題，并減少了貴金屬電極（如Au）的使用，顯著降低了材料與封裝成本。
03、尊重專利壁壘，加速技術(shù)落地
柵源漏半導(dǎo)體強(qiáng)調(diào)，公司在十年的研發(fā)歷程中始終尊重國際同行的專利，嚴(yán)格規(guī)避侵權(quán)風(fēng)險。此次推出的VFET與LCJFET均基于自主核心專利，技術(shù)路線經(jīng)過長期驗(yàn)證，旨在通過創(chuàng)新打破現(xiàn)有寬禁帶半導(dǎo)體的應(yīng)用局限。
未來2-3年，隨著原型產(chǎn)品的推出，柵源漏半導(dǎo)體有望為新能源、5G通信等領(lǐng)域提供更可靠、更經(jīng)濟(jì)的半導(dǎo)體解決方案，推動寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用的新階段。
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參考文獻(xiàn)
Tanikawa et al, Journal of Crystal Growth 310 (2008)4999。
Q.Jiang, Semiconductor Today Vol. 12(10)(2018)106。
私人通信
R. Siemieniec U. Kirchner, 14th European Conference on Power Electronics and Applications Birmingham, August 30 – September 1, 2011ISBN: 9789075815153。
（集邦化合物半導(dǎo)體整理）
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