近日，致能半導體在藍寶石襯底減薄技術上取得重大突破，成功將8英寸藍寶石上氮化鎵晶圓襯底厚度減薄至僅50μm（圖1），達到全球最好水平。此項技術使得藍寶石上氮化鎵功率器件的散熱能力實現了質的飛躍，器件熱阻顯著低于近似規格硅上氮化鎵器件，突破了氮化鎵功率器件散熱能力極限，對于推動氮化鎵功率器件的廣泛應用具有重要意義。
此外，公司也已成功完成30μm藍寶石超薄襯底的技術儲備，預示著下一代氮化鎵功率器件在熱管理性能上擁有更大的提升空間。未來，致能將繼續圍繞當前產業痛點，致力于藍寶石上氮化鎵技術的持續創新，為未來追求極致功率密度與能效的系統方案奠定堅實基礎。
藍寶石（Al2O3）材料具備優異的絕緣特性和高溫穩定性，藍寶石上氮化鎵功率器件以其卓越的耐壓能力和高可靠性，在中高壓領域展現出了相對硅上氮化鎵功率器件的顯著優勢。但由于藍寶石襯底熱導率相對于硅襯底偏低，其帶來的器件散熱瓶頸問題成為大家關注的焦點。通過藍寶石襯底減薄技術，可顯著提升GaN 器件的散熱性能、降低結溫，并提高器件的可靠性。
如圖2所示，硅上氮化鎵方案因外延結構與應力復雜，導致晶圓非常脆弱，對于中高壓器件通常需要保持較高的襯底厚度。硅上氮化鎵復雜的外延層間界面聲子散射以及較厚的襯底厚度都嚴重制約了散熱性能。得益于藍寶石襯底的絕緣特性以及與氮化鎵材料之間更好的熱匹配和晶格匹配，藍寶石上只需要生長較薄的氮化鎵即可滿足器件的需求，外延結構更簡單，內應力極低。這使得藍寶石上氮化鎵在襯底被減薄至極薄的情況下仍具有很好的韌性與強度（見圖1，晶圓被大幅度彎折而不破裂）。
如表1所示，我們測試了藍寶石襯底厚度不同的三款器件的結殼熱阻及其與相似規格的友商的硅上氮化鎵器件的比較。對于襯底最厚的器件(200µm),其結殼熱阻Rthjc=1.6oC/W,與硅基氮化鎵器件相當。當藍寶石襯底厚度為100µm時, Rthjc=1.1oC/W，明顯好于硅上氮化鎵器件。當藍寶石襯底厚度被減至50µm時, Rthjc=0.8oC/W，僅為硅上氮化鎵器件一半，優勢極為明顯。
得益于藍寶石上氮化鎵器件的優異熱阻性能,在應用中也展現出相對硅上氮化鎵器件的明顯熱性能優勢。表2展示了在大功率應用場景下，器件在不同電壓和負載下的溫升情況?？梢钥闯?，在所有條件下，致能的藍寶石上氮化鎵器件溫升都遠小于同規格的友商硅上氮化鎵器件，展現出了卓越的散熱能力。
藍寶石襯底厚度對應用的影響在我們自身器件的橫向對比中也獲得了充分的體現。如圖3,我們在較大功率的圖騰柱PFC電源板上驗證了100µm襯底和50µm襯底的兩種器件的殼溫。相比于100µm襯底器件,50µm襯底器件在90Vac時, 殼溫降低了13.6oC；在264Vac時, 殼溫降低了14.5oC。這些數據充分說明，襯底厚度對器件熱性能有關鍵影響。
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