比利時微電子研究中心（imec）攜手愛思強（AIXTRON）、格羅方德（GlobalFoundries）、美商科磊（KLA）、新思科技（Synopsys）與威科儀器（Veeco）成為其 12 吋氮化鎵（GaN）開放創新研究方向的首批研究夥伴，鎖定低壓與高壓功率電子元件應用。

Imec 指出，與合作夥伴的研究方向為 imec 氮化鎵功率元件產業聯盟計畫（IIAP）的部分，成立目標是開發 12 吋氮化鎵磊晶成長，以及高壓與低壓氮化鎵高電子遷移率電晶體（HEMT）製程流程。採用 12 吋基板不只將能降低氮化鎵元件的製造成本，未來還可以實現更先進功率電子元件的開發，例如用於 CPU 和 GPU 的高效低壓負載點（POL）轉換器。

由愛思強（AIXTRON）供應的12吋矽上氮化鎵晶圓在imec完成p型氮化鎵蝕刻後，於美商科磊（KLA）提供的8系列／CIRCL工具上進行檢測。

氮化鎵快速充電器市場需求提升，這突顯了氮化鎵技術在功率電子應用的發展潛力。氮化鎵技術將氮化鎵磊晶成長、氮化鎵元件與晶片製造、可靠度與穩健度以及系統級優化的持續進展作為後盾，已經為實現新一代功率電子產品做好準備。這些產品未來進入市場時將具備比矽基方案更小的構型尺寸、更輕的重量與更優異的能源轉換效率。例如汽車應用的車載充電器與 DC／DC 交換器、太陽能板的逆變器，以及電信與 AI 資料中心的配電系統—基於氮化鎵的構件在這些應用提供社會全面脫碳、電氣化與數位化。

氮化鎵技術開發的一項明顯趨勢是轉向更大尺寸的晶圓，目前大多數可用的產能是 8 吋。隨著 imec 提出 12 吋氮化鎵研究方向，imec 目前以其 8 吋晶圓專業為基礎，正邁出下一步。Imec 技術院士暨氮化鎵功率電子研究計畫主持人 Stefaan Decoutere 表示，改用 12 吋晶圓所帶來的好處不只是提高生產規模和降低製造成本而已。我們開發的 CMOS 相容氮化鎵技術現在可用於頂尖的 12 吋設備，這些設備將能讓我們開發更先進的氮化鎵功率元件。例如用於 POL 轉換器的超微縮低壓 p 型氮化鎵閘極 HEMT，為 CPU 與 GPU 應用的高能源效率配電提供助力。

針對採用12吋基板的氮化鎵（GaN）高電子遷移率電晶體（HEMT）之開發用光罩組。

做為 12 吋氮化鎵研究計畫的部分，未來將先建立一套基線橫向 p 型氮化鎵 HEMT 技術平台，鎖定 100V 等的低壓應用，採用 12 吋矽（111）材料做為基板。為此，目前正在研究以 p 型氮化鎵蝕刻與歐姆接觸成形為主的製程模組。隨後則是鎖定高壓應用。針對 650V 以上應用，開發作業會採用 12 吋符合 SEMI 標準且與 CMOS 相容的 QST 基板（包含多晶氮化鋁核心層的材料）。在這些開發階段，控制 12 吋晶圓的彎曲度及其機械強度是主要考量。

此次發起 12 吋氮化鎵研究計畫是在成功完成 12 吋晶圓承載測試與光罩組開發之後。Imec 期望在 2025 年底前於其 12 吋無塵室完成所有的 12 吋晶圓產能設置。Stefaan Decoutere 強調，12 吋氮化鎵開發的成功也仰賴建立一套穩健生態系統的能力，並共同驅動創新，包含從 12 吋氮化鎵成長與製程整合到封裝解決方案。因此我們很高興宣布愛思強、格羅方德、美商科磊、新思科技與威科儀器成為我們 12 吋氮化鎵開放研發研究方向的首批研究夥伴，也希望能在不久後迎來更多夥伴。因為開發先進氮化鎵功率電子需要在設計、磊晶、製程整合與應用之間的密切連結—這種連結在我們針對 8 吋氮化鎵的前瞻研究中已經證實其關鍵作用。

(首圖來源：imec)