單晶硅是個(gè)好東西，因?yàn)樗执笥直阋耍aN更是個(gè)好東西，因?yàn)樗麕挘ㄕf(shuō)白了就是耐高壓，電壓高了，功率能力也就上去了），導(dǎo)熱好！

但是至于硅基GaN嘛……可就不一定了。

嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)解釋的話禁帶是這樣的：

禁帶：是指電子從原子核軌道上脫離所需要的能量，GaN 的禁帶寬度為 3.4eV，是硅的 3 倍多，所以說(shuō) GaN 擁有寬禁帶特性（WBG）。禁帶寬度決定了一種材料所能承受的電場(chǎng)。GaN 比傳統(tǒng)硅材料更大的禁帶寬度，使它具有非常細(xì)窄的耗盡區(qū)，從而可以開發(fā)出載流子濃度非常高的器件結(jié)構(gòu)，而載流子濃度直接決定了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。

Si

硅（silicon），嚴(yán)謹(jǐn)點(diǎn)兒，應(yīng)該是高純度的單晶硅（99.999999999%），作為第一代半導(dǎo)體材料，其技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展到如今已經(jīng)非常成熟，目前全球 95% 以上的半導(dǎo)體芯片和器件都是用硅片作為基礎(chǔ)功能材料而生產(chǎn)出來(lái)。

硅片

但是由于硅本身的帶隙較窄、電子遷移率和擊穿電場(chǎng)較低，并不適用于制造功率器件產(chǎn)品。但是這并不意味著硅是第一代半導(dǎo)體材料，就一定很落后。（如果有人告訴你我這產(chǎn)品用的是第四代半導(dǎo)體，是最新的技術(shù)，比第一代半導(dǎo)體厲害了不知道幾百萬(wàn)倍，我可以很負(fù)責(zé)任的告訴你，他要么不懂技術(shù)，要么就是故意在騙你的錢。想知道原因，歡迎參閱作者這篇文章：襯底與外延，這倆到底是啥關(guān)系？這回幫你捋順了！）

雖然Si是第一代半導(dǎo)體材料，但是最先進(jìn)的邏輯芯片（CPU、GPU、ASIC、FPGA等等各種亂七八糟的U）和存儲(chǔ)芯片（NAND、NOR、DRAM、SRAM等等等等），肯定是只能用單晶Si的襯底來(lái)做的，不為別的，就是因?yàn)楦呒儯ú拍艿凸摹⒁讚诫s、工藝制程高、晶體管集成度高），99.999999999%（至少11個(gè)九……）。

而且，由于技術(shù)成熟，硅片價(jià)格是賊便宜賊便宜的。一張8英寸的P型高純硅片，也就幾十塊錢不到！！（芯片貴在制造，原材料真的很便宜）但是這張8寸硅片，如果用3nm工藝進(jìn)行加工制造（就是流片），量產(chǎn)成本也要15W/片左右，僅僅是打樣的話，估計(jì)就合到幾百萬(wàn)一片了。

所以我說(shuō)，單晶硅是個(gè)好東西，大家應(yīng)該是贊同的吧。

GaN

GaN是氮化鎵，是氮和鎵的化合物，英文名稱是 Gallium nitride。（GaN讀的時(shí)候直接就是Gan，干，[我想靜靜]，真的不騙你。）

由于 GaN 晶體管的溝道阻抗小、寄生電容小、低損耗、耐高溫以及散熱性的優(yōu)勢(shì)，使得GaN材料非常適合做功率器件。GaN的開關(guān)電源（就是你的手機(jī)充電器）的電源轉(zhuǎn)化效率高比硅芯片電源高個(gè)幾十倍也很正常！

現(xiàn)在動(dòng)輒220W的神仙秒沖，基本上就得用到GaN甚至SiC（這個(gè)更強(qiáng)，但是更貴）才能實(shí)現(xiàn)，十幾年前的5W充電器基本上就是GaAs或者Si的。

GaN性能好，但是真的很貴很貴。光是6英寸的襯底就得過(guò)萬(wàn)，量產(chǎn)流片費(fèi)用高達(dá)300萬(wàn)/片。是硅集成電路價(jià)格的幾十倍！（很難做大尺寸）目前氮化鎵外延片晶圓最大尺寸為8英寸，因此可以使用8英寸Fab，流片目前8英寸主流工藝節(jié)點(diǎn)包括0.35u-0.13um等制程。

某gan微波單片集成電路mpw流片加工（二次） 招標(biāo)項(xiàng)目

所以我說(shuō)，GaN也是個(gè)好東西，大家應(yīng)該也不反對(duì)的吧。

硅基GaN

說(shuō)到硅基GaN，就得先聊聊襯底與外延的關(guān)系。（歡迎參閱作者這篇文章：襯底與外延，這倆到底是啥關(guān)系？這回幫你捋順了！）

外延是指通過(guò)外延生長(zhǎng)技術(shù)在襯底上生長(zhǎng)出來(lái)的薄膜。這個(gè)薄膜可以與襯底用相同的材料（同質(zhì)外延），但可以用與襯底不同的材料（異質(zhì)外延）。例如，可以在硅襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜（異質(zhì)外延），也可以在GaN襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜（同質(zhì)外延）。

不同襯底的GaN外延對(duì)比

外延片的最大價(jià)值就在于，它可以得到最優(yōu)的性價(jià)比。比如，它通過(guò)在便宜的硅片上生長(zhǎng)一層薄薄的GaN外延，這樣用成熟（便宜）的第一代半導(dǎo)體材料做襯底，來(lái)(部分)實(shí)現(xiàn)第三代半導(dǎo)體（非常貴）寬禁帶的特性（其擊穿電壓已經(jīng)可以達(dá)到600V），可謂是相當(dāng)劃算（外延片只要幾百塊一片，流片技術(shù)尚不非常成熟，價(jià)格估計(jì)比硅片高，但是肯定比GaN要便宜很多）。

那么為什么說(shuō)它不行呢？？因?yàn)橄襁@種異質(zhì)外延的結(jié)構(gòu)，是存在很多問(wèn)題的，比如晶格失配（可以理解為把腳手架搭在塑料地基上，就會(huì)非常不穩(wěn)）、溫度系數(shù)不一致（熱脹冷縮，溫度變化時(shí)，不同材質(zhì)肯定存在問(wèn)題）、熱傳導(dǎo)不良（Si的導(dǎo)熱性很差的，你想想GaN的優(yōu)勢(shì)就是做功率器件，但是它的散熱又那么差，你慌不慌）等等。

做產(chǎn)品，質(zhì)量是很關(guān)鍵的，這么多缺陷，反映到量產(chǎn)上，是很難質(zhì)量把控的。尤其是硅襯底的那個(gè)導(dǎo)熱率，用作功率器件上簡(jiǎn)直就是噩夢(mèng)啊，用作射頻器件吧，在移動(dòng)端（<5V場(chǎng)景）性能還干不過(guò)GaAs，導(dǎo)熱還是個(gè)坑。現(xiàn)在的狀態(tài)是，大家都很看好硅基GaN這個(gè)東西，但是敢上產(chǎn)品的幾乎還沒有，甚至晶圓廠的產(chǎn)線都不太成熟（還有模型啥的也都不健全）。

總之，硅襯底的導(dǎo)熱，如果解決不了，GaN就是個(gè)純坑，誰(shuí)用坑誰(shuí)！