Использование технологии GaN-on-Si при производстве силовых и светодиодных компонентов

Технология «нитрид галлия на кремнии» (GaN-on-Si) развивается в качестве недорогой альтернативы уже существующим методам производства электронных компонентов. Технологии на основе кремния в силовых компонентах и на основе сапфира в светодиодных решениях – упираются в закон Мура. Несмотря на преимущества по стоимости, перспектива широкого внедрения технологии GaN-on-Si в силовых компонентах более чёткая, если сравнивать её применение при производстве светодиодов (согласно отчётам Yole Développement).

Рынок силовой электроники содержит преобразующие компоненты, в которых увеличение мощности и рабочих частот ведёт к существенной потере энергии. Полупроводниковые технологии с геометрией 28 нм уже подошли вплотную к ограничениям, характеризующимся законом Мура. Достичь каких-то значительных улучшений далее становится очень сложно. Технологии на основе нитрида галлия (GaN) в силовой электроники имеют потенциал для значительного повышения эффективности, частоты и мощности при снижении сложности и веса компонентов.

По ожиданиям компании Yole, решения на базе GaN займут более 7% всего рынка силовых компонентов к 2020 г. «Технология GaN-on-Si будет доминировать в силовой электронике на базе нитрида галлия благодаря небольшой цене и совместимости с CMOS техпроцессами», – отмечает аналитик Yole Développement, Эрик Вири.

Силовые GaN компоненты находятся на ранней стадии развития, поэтому занимают малую долю рынка. Хотя на сегодняшний день компоненты на основе нитрида галлия остаются более дорогими по сравнению с кремниевыми решениями, через 3 года, согласно данным производителей, стоимость первых станет ниже вторых.

Ждёт ли рынок светодиодных компонентов переход к технологиям GaN-on-Si?

В наши дни стандартной технологией при производстве светодиодных компонентов является «нитрид галлия на сапфире». Предполагается, что технология GaN-on-Si будет способствовать снижению стоимости компонентов. Имитационная модель стоимости от Yole показывает то, что различий в цене кремниевой подложки недостаточно для оправдания перехода к новой технологии. Основным моментом остаётся возможность производства компонентов на существующих 6- и 8-дюймовых пластинах CMOS.

Хон Лин, аналитик Yole Développement, рассказывает: «Несмотря на потенциальную выгоду в стоимости светодиодов, массовое применение технологии GaN-on-Si для их производства остаётся всё ещё под вопросом. Мнения относительно данного вопроса разошлись в диаметрально противоположные стороны: от безусловного энтузиазма до необоснованного скептицизма. Практически все основные производители светодиодов исследуют технологию GaN-on-Si, но лишь некоторые поставили её в качестве основной цели для дальнейшей работы. Среди сторонников использования нового подхода: Lattice Power, Plessey и Toshiba. Данные компании начали производство и продажи коммерческих компонентов, выполненных по новой технологии».

Аналитики полагают, что, несмотря на значительные улучшения новой технологии, всё ещё есть некоторые проблемы с рабочими характеристиками, производственной выработкой и совместимостью с CMOS техпроцессом. Исходя из этого, технология GaN-on-Si для светодиодов будет применяться некоторыми производителями, но она не станет промышленным стандартом. Применение новой технологии к 2020 году, согласно прогнозам, достигнет менее 5% в общем объёме производимых светодиодов.

Экономия при использовании технологии GaN-on-Si

Производители компонентов, решившие использовать технологию GaN-on-Si, становятся перед выбором: приобретать пластины (заготовки) на рынке или купить MOCVD реактор и изготавливать пластины самостоятельно. На сегодняшний день ограниченное количество компаний Японии, США и Европы продаёт пластины или шаблоны.

Как полагают производители компонентов, любая бизнес-модель имеет свои плюсы и минусы в рамках интеллектуальной собственности, технологической зависимости, инвестиций в НИОКР и времени. Согласно данным Yole, развития в продаже пластин/заготовок для светодиодов не предвидится, поэтому производителям стоит подумать о самостоятельных мощностях для их серийного производства.

Что касается силовых компонентов, то пластины для компонентов будут продаваться до тех пор, пока цена на них падает.