AZZURRO以GaN-on-Si技術實現低成本功率半導體製造

Leakage & break down voltage。

隨著綠色革命和環保意識的興起，消費者對各類家電(如冰箱、冷氣等)、寬頻網路設備、以及消費性產品的節能要求更甚以往。因此，需要更有效的方式來管理主動和待機模式下的功率消耗。這時電源轉換器的效率將扮演重要角色。此外，電動車、智慧電網等新興應用，也將會推動高壓半導體元件的市場需求。

然而，對目前以矽晶材料為主的功率元件來說，由於本身材料特性的限制，它的系統拓墣設計已趨近極限，難以提供更佳的效率來因應節能和高電壓應用的需求。因此，需要採用新材料，才能有新的突破性發展。舉例來說，在LED路燈應用中，便是因為矽晶元件電源轉換的效率問題，使得LED照明效率的改善未能充分凸顯。而GaN材料具備的崩潰電壓(breakdown voltage)及低漏電流特性，能提供高電壓應用所需的性能。此外，市場上以2~4吋晶圓為主流，採用AZZURRO的大尺寸GaN-on-Si能取得更佳的成本效益。

AZZURRO可提供高電壓產品用的GaN-on-Si技術，並協助客戶運用標準矽晶製造設備，開發出以GaN為基礎的高壓功率元件。目前，市場應用並未用於大尺寸晶圓，在技術逐漸成熟後，未來可望帶動功率半導體產業新一波高效能且低成本的元件生產趨勢。

開發新一代高壓功率半導體主要涉及幾個關鍵考量。創新GaN-on-Si材料能達到矽晶10倍的切換速度。因此，能為切換速度更快、整體切換損失更低的新架構與應用奠定基礎。

同時，更高的切換速度能實現更小尺寸的設計。這意味著，能為PC設計出更精巧的電源供應器、為混合油電車(HEV)開發出功率半導體、以及為LED照明內建電源轉換模組等。

此外，GaN的導通電阻(Ron)較低，可提供較現有相同面積矽晶元件10倍的效率。由於傳導性更佳，切換時的功率損失就更低，產生的熱能就更少，因此有助於簡化產品的散熱設計。另一個效益是，能減少所需的外部元件數量，降低物料清單(BOM)成本。GaN材料的漏電流也非常低。

目前，AZZURRO的客戶已經利用GaN-on-Si技術，開發出600~800V範圍的產品。實際的商業應用上產品就緒，鎖定中/高壓市場。而根據AZZURRO的研究數據，運用GaN-on-Si甚至可開發出高達1700V的功率元件。

雖然GaN-on-Si具顯著優勢，但由於技術上的困難度，因此過去一直未能在業界廣泛應用。主要問題在於，由於矽基板和GaN的熱膨脹係數不同，在製程中會因為兩種材質間的晶格錯位而產生應力，進而形成曲度(bow)和裂痕(crack)。

透過AZZURRO專利技術，是使大直徑GaN-on-Si技術得以成功進入商業化應用的重要關鍵。

AZZURRO的150mm(6吋)GaN-on-Si晶圓現已開始提供樣本給客戶，正進行認證。同時，2011年底以前，AZZURRO將能提供200mm(8吋)晶圓的GaN-on-Si技術，更預計於2012年推出300mm(12吋)晶圓技術。

客戶能以AZZURRO的GaN-on-Si晶圓為基礎開發功率元件產品，能顯著縮短設計週期，僅需6到8週。晶圓代工業務模式亦能適用，這將大幅改變目前功率半導體的製造方式。同時，看好亞洲市場的發展潛力，以及台灣堅強的半導體產業環境，AZZURRO已於日前在台北設立亞洲區辦公室，可為此區域客戶提供更在地的支援服務。

作者簡介：

AZZURRO Semiconductors業務和行銷副總裁Erwin Ysewijn，自1989年服務於日立半導體公司開始，便累積了豐富的行銷與業務經驗，並熟悉亞洲市場，包括日本、南韓、台灣和大陸等地，亦曾負責執行多項策略購併計畫，顯著推動業務成長。在加入AZZURRO之前，Ysewijn是Lantiq公司的全球行銷部門主管。