氮化鎵（GaN）作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的 “明星材料”，憑借寬禁帶、高擊穿電壓、高熱導(dǎo)性的先天優(yōu)勢，在 5G 通信、AI 服務(wù)器、新能源汽車等領(lǐng)域被寄予厚望。但長期以來，大尺寸 GaN 晶圓的制備難題如同緊箍咒：4 英寸以上晶圓因晶格失配、應(yīng)力集中等問題，始終面臨位錯密度高、良率低的困境，導(dǎo)致 GaN 器件成本居高不下，難以替代傳統(tǒng)硅基方案。

imec 指出，近期市場上 GaN 快充產(chǎn)品的普及，已經(jīng)充分證明了 GaN 技術(shù)在功率電子領(lǐng)域的潛力。隨著 GaN 外延生長、器件與 IC 制造、可靠性與穩(wěn)定性以及系統(tǒng)級優(yōu)化等技術(shù)的持續(xù)進步，GaN 有望催生出新一代功率電子產(chǎn)品。與傳統(tǒng)硅基方案相比，這些新產(chǎn)品將具備更小的體積、更輕的重量和更優(yōu)的能量轉(zhuǎn)換效率，具體可應(yīng)用在多個領(lǐng)域，包括汽車行業(yè)的車載充電器與 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、太陽能面板的逆變器，以及電信和 AI 數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)，而這些應(yīng)用都將為社會的脫碳、電氣化與數(shù)字化進程提供助力。

當前 GaN 技術(shù)發(fā)展的一個顯著趨勢是晶圓直徑向更大尺寸升級，目前行業(yè)主流產(chǎn)能集中在 200mm 規(guī)格。imec 依托自身在 200mm GaN 領(lǐng)域的技術(shù)積累，此次啟動 300mm 專項計劃，正是向更高維度突破的關(guān)鍵一步。imec GaN 功率電子項目研究員兼項目總監(jiān) Stefaan Decoutere 表示，轉(zhuǎn)向 300mm 晶圓的價值不僅限于擴大產(chǎn)能和降低成本，更重要的是，imec 的 CMOS 兼容 GaN 技術(shù)現(xiàn)在能借助 300mm 先進設(shè)備，研發(fā)出更尖端的 GaN 功率器件，例如可用于負載點轉(zhuǎn)換器的小尺寸低電壓 p-GaN 柵極 HEMT，這類器件能為 CPU 和 GPU 提供更節(jié)能的配電支持。

在 300mm GaN 專項計劃的推進節(jié)奏上，imec 將首先搭建適用于低電壓應(yīng)用（100V 及以上）的基礎(chǔ)橫向 p-GaN HEMT 技術(shù)平臺，襯底選用 300mm Si (111)。目前，圍繞 p-GaN 刻蝕和歐姆接觸形成的工藝模塊研發(fā)正在推進中。后續(xù)計劃將目標轉(zhuǎn)向高電壓應(yīng)用，針對 650V 及以上的場景，研發(fā)將采用 300mm 半規(guī)格且 CMOS 兼容的 QST 工程襯底（一種以多晶 AlN 為核心的材料）。在整個研發(fā)過程中，控制 300mm 晶圓的彎曲度和機械強度是重點關(guān)注的技術(shù)難點。

此次 300mm GaN 計劃的啟動，是在 imec 完成 300mm 晶圓處理測試和掩模版開發(fā)后的重要舉措。imec 預(yù)計，到 2025 年底，其 300mm 潔凈室將全面具備 300mm GaN 相關(guān)的研發(fā)能力。Decoutere 強調(diào)，300mm GaN 技術(shù)的成功研發(fā)，關(guān)鍵在于構(gòu)建穩(wěn)健的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，從 300mm GaN 生長、工藝集成到封裝方案，需要各方協(xié)同推動創(chuàng)新。正因如此，imec 對首批合作企業(yè)的加入感到欣喜，并期待未來能有更多伙伴參與，畢竟先進 GaN 功率電子的研發(fā)需要設(shè)計、外延、工藝集成與應(yīng)用環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)動，而這種聯(lián)動在 imec 此前 200mm GaN 的開創(chuàng)性工作中，已被證明是至關(guān)重要的。