在全球半导体产业迅速发展的背景下，氮化镓（GaN）技术凭借其在高频、高功率、高温和高压应用中的卓越性能，正在成为推动行业变革的关键力量之一。近期，日本信越化学工业株式会社宣布，成功开发并开始提供用于GaN外延生长的300毫米（12英寸）QST（Qromis基板技术）衬底样品。这一重要进展不仅标志着GaN技术的一个新的里程碑，同时为全球半导体行业带来了新的增长机会。
GaN因其宽禁带特性以及高导热性、高击穿电场强度、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，近年来在5G通信、新能源汽车和消费电子等多个领域展现出巨大的应用潜力。特别是在功率电子领域，GaN器件的高频和高效特性使其成为推动电力电子技术革命的关键材料。信越化学此次推出的300毫米QST衬底，极大地提升了GaN器件制造的灵活性，为高质量、大尺寸GaN外延层的生产铺平了道路。
图：信越化学300毫米QST衬底
GaN技术的成熟与市场前景
信越化学的这一突破，正值GaN技术日趋成熟之际。与传统的硅基半导体相比，GaN凭借更高的能效、更佳的热管理能力和更小的器件尺寸，成为了未来技术的理想选择。在功率电子领域，GaN器件已经逐步被用于数据中心、汽车动力系统以及可再生能源基础设施等应用中。GaN器件的尺寸更小、速度更快且效率更高，这些特点能够显著节约能耗，特别是在能耗巨大的数据中心和其他关键应用场景中。
信越化学通过与美国Qromis Inc的合作，利用Qromis独有的热膨胀系数匹配技术，有效解决了在大尺寸硅基衬底上生长GaN时常见的翘曲和裂纹问题。这不仅提高了GaN外延层的质量，也为大尺寸高性能GaN器件的制造提供了可能。根据TrendForce集邦咨询的报告，全球GaN功率器件市场规模预计将从2022年的1.8亿美元增长到2026年的13.3亿美元，年均复合增长率（CAGR）高达65%。
功率电子领域的广泛应用
GaN技术正在从消费电子领域向工业和汽车市场快速扩展。数据中心作为GaN技术的重要应用领域之一，随着人工智能（AI）技术的不断进步以及计算能力需求的持续攀升，服务器电源对能效和功率密度的要求也越来越高。GaN器件凭借其高效和高功率密度的特点，有望成为提高数据中心电源效率的关键解决方案。通过减少功率损耗和提升电源转换效率，GaN技术不仅能够节约运营成本，还能降低能源消耗，推动数据中心向更环保和可持续的方向发展。
在汽车市场，GaN技术的应用需求也在不断增加。预计到2025年，GaN器件将在车载充电机（OBC）和DC-DC转换器等电力电子设备中实现小规模应用。到2030年，GaN技术可能会进一步应用于牵引逆变器等关键汽车部件中。由于GaN器件能够提供更高的转换效率、更小的体积和更好的热管理性能，汽车制造商可以开发出更轻便、更高效的动力系统，进一步提升电动汽车的整体性能。
300毫米QST衬底的优势
信越化学此次推出的300毫米QST衬底为GaN器件制造商带来了显著的优势，特别是在成本控制、生产效率提升和规模化生产方面。与传统的硅基衬底相比，QST衬底的尺寸更大，每片衬底能够制造更多的芯片，从而有效降低生产成本并提高产量。此外，通过在更大尺寸的衬底上生长更高质量的GaN外延层，GaN器件的性能和可靠性也得到了进一步提升，特别是在高端应用场景中，如电动汽车、电信基础设施和工业电源系统等。
随着全球半导体行业朝着可持续发展方向的推进，GaN技术在提高电源系统效率、减少材料消耗方面发挥着至关重要的作用。随着300毫米衬底的推出和市场需求的增长，GaN器件的成本有望进一步降低，使其在成本敏感的应用中与传统硅基器件展开更直接的竞争。
市场影响与未来展望
信越化学在2024年SEMICON Taiwan展会上展示了其300毫米QST衬底。这一展会作为全球最具影响力的半导体专业展会之一，成为信越化学展示其技术实力和市场领导地位的重要平台。300毫米QST衬底的推出得到了业界的高度关注，表明了GaN技术在未来几年内将迎来更广泛的应用。随着信越化学不断扩大QST衬底的生产能力，GaN器件在多个行业中的应用也将进一步加速。
在电信基础设施、数据中心、电动汽车和工业电源系统等应用领域，GaN技术的高效率和高性能将成为推动行业创新的重要力量。预计未来几年内，随着技术的进一步成熟，GaN器件的应用领域将继续扩展，其市场规模也将快速增长。
结语
信越化学推出的300毫米QST衬底标志着GaN技术发展史上的一个重要里程碑。通过解决大尺寸硅基衬底上GaN外延生长的技术难题，QST衬底为高功率、高频应用中的GaN器件制造提供了新的可能。随着GaN技术的不断成熟，我们有理由相信，GaN器件将在未来的技术革命中扮演更加重要的角色，为全球半导体行业的发展注入新的动力。
未来几年，随着GaN技术在功率电子、汽车、数据中心等领域的广泛应用，信越化学的QST衬底有望成为推动GaN技术普及的关键。伴随着市场需求的增长和技术的进步，半导体行业将面临新的挑战与机遇。GaN技术作为新一代半导体材料，必将在推动行业发展和技术创新中发挥不可或缺的作用。
