隨著5G和6G通信技術的進一步開發和應用，相關基礎電路和硬件技術的發展面臨著越來越嚴峻的挑戰。為了緊跟無線通信技術的快速發展步伐，業界對多種新技術開展了硬件應用技術層面的評估。氮化鎵技術成為最具發展潛力的新興技術之一。

表1 氮化鎵材料與硅的材料特性參數

如表1所示，氮化鎵材料具有禁帶寬、擊穿電場大、電子飽和漂移速度高及熔點高等特點，非常適合高溫、高頻、高壓及高功率領域器件應用。

硅基氮化鎵技術簡介

硅基氮化鎵技術是一種將氮化鎵器件直接生長在傳統硅基襯底上的制造工藝。在這個過程中，由于氮化鎵薄膜直接生長在硅襯底上，可以利用現有硅基半導體制造基礎設施實現低成本、大批量的氮化鎵器件產品的生產。

圖 硅基氮化鎵制造工藝流程示意圖

圖所示為硅基氮化鎵制造工藝流程的示意圖，如同制造原子彈一樣，看似原理很簡單，但其過程并非沒有挑戰。事實證明，由于兩種材料晶格常數的差異，容易產生嚴重的晶格失配，因此，想從硅襯底中生長高質量的氮化鎵薄膜異常困難。正是由于這一原因，硅基氮化鎵技術還無法廣泛應用于射頻領域，以意法半導體和鎂可為代表的業界頭部公司在該技術上持續注入了大量研發資金。

硅基氮化鎵和碳化硅基氮化鎵工藝的不同

碳化硅基氮化鎵器件是以碳化硅（SiC）做襯底，硅基氮化鎵工藝的襯底采用硅基。硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，Wafer可以做的大，目前在8英寸，未來可以做到10英寸、12英寸，晶圓的長度可以拉長至2米，無論在產能和成本方面，硅基氮化鎵器件有優勢些。

MACOM氮化鎵工藝的襯底采用硅基。硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，Wafer可以做的大，目前在8英寸，未來可以做到10英寸、12英寸，整個晶圓的長度可以拉長至2米，無論在產能和成本方面，硅基氮化鎵器件有優勢些。

氮化鎵和碳化硅的區別

氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）功率晶體管這兩種化合物半導體器件已作為方案出現。這些器件與長使用壽命的硅功率橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS） MOSFET和超級結MOSFET競爭。GaN和SiC器件在某些方面是相似的，但也有很大的差異。

SiC和GaN被稱為“寬帶隙半導體”（WBG），因為將這些材料的電子從價帶擴散到導帶需要能量： 其中硅（Silicon）所需能量為1.1eV，碳化硅（SiC）則需3.3eV，氮化鎵（GaN）則需3.4eV. 這就帶來了更高的擊穿電壓，在某些應用中可高到1200-1700V。

總結GaN與SiC的比較，以下是重點：

GaN的開關速度比Si快。

SiC工作電壓比GaN更高。

SiC需要高的門極驅動電壓。

超級結MOSFET正逐漸被GaN和SiC取代。SiC似乎是車載充電器（OBC）的最愛。

文章綜合自工信部電子知識產權中心、百度知道、Carbontech、雪球