Νιτρίδιο του γαλλίουΟι συσκευές αυτές έχουν γίνει όλο και πιο σημαντικές σε ταχεία φορτιστήρια, τροφοδοσίες ηλεκτρικής ενέργειας διακομιστών,Μηχανοκίνητα κινητήρες και άλλες εφαρμογές μετατροπής ισχύος υψηλής συχνότητας.

Το 2026, ωστόσο, το ενδιαφέρον γιακάθετο GaNαυξάνεται.

Η βασική διαφορά είναι η κατεύθυνση της ροής του ρεύματος.

Σε μια συμβατική πλευρική GaN HEMT, το ρεύμα ταξιδεύει κυρίως κατά μήκος της επιφάνειας της επιταξιακής δομής.

Αυτή η αλλαγή μπορεί να επιτρέψει στο GaN να κινηθεί προς υψηλότερη τάση και υψηλότερα επίπεδα ρεύματος χωρίς να αυξάνεται συνεχώς η περιοχή του πλευρικού τσιπ.

Η πρόκληση είναι το υπόστρωμα.

Γιατί το κάθετο GaN έχει παραδοσιακά ανάγκη από το native GaN

Οι κατακόρυφες συσκευές ισχύος απαιτούν ρεύμα για να περάσει από την επιταξιακή δομή προς την πίσω επαφή.

Τα υποστρώματα GaN σε μάζα είναι κατάλληλα για αυτή την αρχιτεκτονική επειδή το υπόστρωμα και το επιταξιακό στρώμα μοιράζονται ουσιαστικά το ίδιο κρυσταλλικό σύστημα.

Αυτό μπορεί να παρέχει:

• χαμηλότερη πυκνότητα εκτόξευσης της πεταλούδας·

• βελτιωμένη επιταξιακή συμβατότητα·

• άμεση κατακόρυφη διαδρομή αγωγής·

• μειωμένη πίεση μη συμμόρφωσης πλέγματος·

• καλύτερη υποστήριξη για παχιά στρώματα υψηλής τάσης.

Ωστόσο, τα εγγενή υποστρώματα GaN παραμένουν σημαντικά μικρότερα και ακριβότερα από τα κύρια πλακάκια πυριτίου.

Αυτό περιορίζει το οικονομικό πλεονέκτημα του κάθετου GaN για την ηλεκτρονική ισχύος μαζικής αγοράς.

Αν το κατακόρυφο GaN μπορούσε να κατασκευαστεί σε μεγάλα πλακάκια πυριτίου, η οικονομία θα μπορούσε να αλλάξει σημαντικά.

Το πρόβλημα με τα συμβατικά μπουφέρα GaN-on-Si

Η καλλιέργεια GaN απευθείας στο πυρίτιο είναι δύσκολη.

Το GaN και το πυρίτιο έχουν διαφορετικές σταθερές πλέγματος και συντελεστές θερμικής επέκτασης.

Ως εκ τούτου, οι συμβατικές δομές GaN-on-Si απαιτούν κανονικά μηχανικά στρώματα ασφαλείας για τον έλεγχο:

• στρες·

• σπασμός·

• εκτοξεύσεις·

• πέλμα πλακέτας·

• Ηλεκτρική μόνωση.

Αυτά τα στρώματα ασφαλείας λειτουργούν καλά για πλευρικές συσκευές.

Για κάθετες συσκευές, ωστόσο, ένας πολύ ανθεκτικός απόσβεσης μπορεί να γίνει ένα μεγάλο πρόβλημα, επειδή το ρεύμα πρέπει να περάσει μέσα από τη δομή.

Το ίδιο στρώμα που βοηθά στην απομόνωση ενός πλευρικού τρανζίστορ GaN μπορεί να μπλοκάρει την κάθετη ροή ρεύματος.

Για το λόγο αυτό, η μηχανική χαμηλής αντίστασης των αποθηκών γίνεται μια σημαντική ερευνητική κατεύθυνση.

Μια νέα προσέγγιση με χαμηλή αντίσταση

Το 2026, ερευνητές από την Ιαπωνία ανέφεραν μια νέα προσέγγιση για την αύξηση του GaN στο Si (((111) χρησιμοποιώντας ένα εξαιρετικά λεπτό αμορφοειδές ενδιάμεσο στρώμα.

Η μέθοδος σχηματίζει ένα ενδιάμεσο στρώμα περίπου σε υπονανομετρική κλίμακα μεταξύ του πυριτίου και του GaN που βοηθά στην εξυπηρέτηση της ασυμφωνίας του πλέγματος διατηρώντας χαμηλή κάθετη ηλεκτρική αντίσταση.

Οι ερευνητές απέδειξαν ότι η προσέγγιση θα μπορούσε να υποστηρίξει την επακόλουθη αύξηση του MOCVD GaN διατηρώντας παράλληλα ισχυρή θερμική σταθερότητα και κατακόρυφη αγωγιμότητα ρεύματος.

Η σημασία δεν είναι απλά μια άλλη δομή βουφέρ-στρώματος GaN.

Απευθύνεται σε μία από τις κεντρικές αντιφάσεις στο κάθετο GaN-on-Si:

Η διεπαφή πρέπει να απορροφά την ασυμφωνία των κρυστάλλων χωρίς να γίνεται ηλεκτρικό φράγμα.

Εάν τέτοιες δομές μπορούν να κλιμακωθούν αξιόπιστα, θα μπορούσαν να κάνουν το πυρίτιο μια πιο πρακτική πλατφόρμα για κάθετες συσκευές GaN.

200 χιλιοστών πυριτίου κάνουν την ιδέα πιο ενδιαφέρουσα

Το πυρίτιο προσφέρει ένα σημαντικό πλεονέκτημα που το ντόπιο GaN δεν παρέχει ακόμα οικονομικά:

υποδομές ημιαγωγών μεγάλου διαμέτρου.

Τα εργοστάσια πυριτίου 200 mm διαθέτουν ήδη εξελιγμένο εξοπλισμό για:

• λιθογραφία,

• εμφύτευση·

• μεταλλικοποίηση·

• επιθεώρηση·

• χειρισμός πλακιδίων·

• αυτοματοποιημένο έλεγχο διαδικασιών.

Έρευνα που δημοσιεύθηκε το 2026 κατέδειξε τη συμπεριφορά χιονοστιβάδας σε ψευδο-κατακόρυφους διόδους GaN p-n που κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας επταξία GaN σε υπόστρωμα πυριτίου 200 mm.Οι συσκευές έφτασαν περίπου 805 V χωρίς ειδικό τερματισμό άκρων, που δείχνει πώς η έρευνα για το GaN-on-Si αρχίζει να ξεπερνά τις παραδοσιακές δομές πλευρικών τρανζίστορ.

Αυτό δεν σημαίνει ότι το κάθετο GaN-on-Si είναι έτοιμο να αντικαταστήσει τις υπάρχουσες πλατφόρμες GaN ή SiC.

Αλλά αποδεικνύει γιατί οι ερευνητές συνεχίζουν να διερευνούν τρόπους συνδυασμού της κάθετης φυσικής συσκευών GaN με την οικονομία των μεγάλων κυψελών πυριτίου.

Το Vertical GaN μεταβαίνει επίσης σε δοκιμές σε επίπεδο συστήματος

Μια άλλη σημαντική αλλαγή το 2026 είναι ότι το κατακόρυφο GaN υπερβαίνει τις μεμονωμένες συσκευές δοκιμής.

Οι ερευνητές παρουσίασαν έναν τρι-φασικό μετατροπέα 10,4 kW χρησιμοποιώντας κάθετα MOSFET GaN trench.

Η εργασία εντόπισε επίσης ζητήματα αξιοπιστίας που σχετίζονται με τη μετατόπιση κατώτατης τάσης και την αύξηση της αντίστασης ανάφλεξης, τονίζοντας τη σημασία της βελτίωσης της διεπαφής MOS και του σχεδιασμού p-body.

Αυτό είναι ένα σημαντικό στάδιο της τεχνολογικής ανάπτυξης.

Η τάση αποτυχίας εργαστηρίου από μόνη της δεν αποδεικνύει ότι ένας ημιαγωγός ισχύος είναι έτοιμος για πρακτικά συστήματα.

Οι πραγματικοί μετατροπείς εκθέτουν τις συσκευές σε:

• στρες διακόπτη·

• κύκλοι θερμοκρασίας·

• υψηλό ρεύμα·

• στρες πύλης·

• μεταβατική τάση·

• ανισορροπία παράλληλης συσκευής.

Οι επιδείξεις σε επίπεδο συστήματος αποκαλύπτουν προβλήματα αξιοπιστίας που ενδέχεται να μην εμφανίζονται σε απλές μετρήσεις σε επίπεδο πλακών.

Γιατί έχει σημασία ακόμα η βάρη GaN;

Ανεξάρτητα από το αν το κατακόρυφο GaN κατασκευάζεται από εγγενές GaN ή πυρίτιο, η ποιότητα των πλακών παραμένει θεμελιώδης.

Σημαντικές παραμέτρους είναι:

• πυκνότητα εκτόξευσης της πεταλούδας·

• πλώρη και δίνη πλακιδίων,

• ομοιόμορφη επιταξιακή πάχος·

• ομοιομορφία ντόπινγκ σε στρώματα κλίσης·

• ακαμψία της επιφάνειας·

• πυκνότητα ρωγμών·

• συμβατότητα πίσω επαφής.

Για τις κατακόρυφες συσκευές υψηλής τάσης, τα παχιά στρώματα μετατόπισης GaN γίνονται ιδιαίτερα σημαντικά.

Μικρές διαφορές στο πάχος ή το ντόπινγκ μπορούν να μεταφραστούν σε διαφορές στη τάση διάσπασης και στην αντίσταση σε όλη την πλάκα.

Αυτό σημαίνει ότι η κάθετη κατασκευή GaN απαιτεί όχι μόνο μια καλή δομή τρανζίστορ αλλά και εξαιρετικά συνεπή επιταξιακό υλικό.

Οι ντόπιοι θα έχουν ένα πλεονέκτημα.

Η έρευνα για το GaN στο πυρίτιο δεν θα πρέπει να ερμηνεύεται ως απόδειξη ότι τα εγγενή υπόστρωμα GaN γίνονται περιττά.

Το native GaN παραμένει ελκυστικό για τις κατακόρυφες συσκευές υψηλότερης απόδοσης, επειδή μπορεί να παρέχει πολύ χαμηλή πυκνότητα ελαττωμάτων και εξαιρετική συμβατότητα κρυστάλλων.

2026 οι αναθεωρήσεις της κάθετης τεχνολογίας GaN εξακολουθούν να προσδιορίζουν το εγγενές GaN ως σημαντική πλατφόρμα για λειτουργία υψηλής τάσης,Ενώ τονίζει επίσης το κόστος του υποστρώματος ως ένα σημαντικό εμπόδιο για την ευρεία εμπορευματοποίηση.

Επομένως, η αγορά μπορεί να αναπτυχθεί με δύο τρόπους.

Το native GaN θα μπορούσε να εξυπηρετήσει απαιτητικές εφαρμογές όπου η ποιότητα του υλικού δικαιολογεί το υψηλότερο κόστος υποστρώματος.

Το GaN-on-Si θα μπορούσε να στοχεύσει εφαρμογές μεγάλου όγκου όπου η κλίμακα και το κόστος παραγωγής είναι πιο σημαντικά.

Το επόμενο ερώτημα είναι η παραγωγή

Το Vertical GaN έχει ήδη αποδείξει εντυπωσιακή εργαστηριακή απόδοση.

Η επόμενη πρόκληση δεν είναι απλά να επιτύχουμε ένα άλλο ρεκόρ τάσης διακοπής.

Η βιομηχανία πρέπει να καθορίσει εάν οι κάθετες συσκευές μπορούν να κατασκευαστούν με:

• σταθερή επιταξία από πλάκα σε πλάκα·

• αποδεκτή πυκνότητα ελαττωμάτων·

• αναπαραγώγιμες διεπαφές MOS·

• υψηλή απόδοση συσκευής·

• μακροπρόθεσμη αξιοπιστία·

• ανταγωνιστικό κόστος.

Εάν η τεχνολογία Buffer GaN-on-Si χαμηλής αντίστασης συνεχίσει να βελτιώνεται, το πυρίτιο μπορεί τελικά να αποτελέσει γέφυρα μεταξύ της προηγμένης φυσικής συσκευών GaN και της κατασκευής πλακιδίων μεγάλου όγκου.

Αυτό καθιστά το κατακόρυφο GaN-on-Si μία από τις πιο ενδιαφέρουσες εξελίξεις σε βάφη GaN για να παρακολουθήσετε μετά το 2026.