芯思想 | 全球射频GaN器件代工厂巡览

制造工艺概览

总体上，大部分制造厂商提供2到3个标准工艺：

0.5微米，高压（40到50V），主要主要处理频率低于约8GHz 的高功率器件；

0.25微米，中压（28到30V），主要瞄准高频率（高达18GHz）的器件；

有的制造厂提供第三个选项，即更小的栅极长度更小的栅长（大概0.15微米），主要瞄准毫米波器件（频率高达100GHz）。

表一：七家公司提供的RF射频制造工艺的完整列表。

最大功率密度范围为6至8W/mm，其中Wolfspeed公司提供的50V 0.4μm G50V3工艺可高达8W/mm。6W/mm或更大的其它高功率密度工艺可从BAE Systems、Fraunhofer，National Research Council、WIN和Wolfspeed获得。运行频率最高的工艺是Fraunhofer的GaN10，其0.1μm器件工作在94GHz，以及OMMIC的D006GH（开发中），其60 nm器件工作到100 GHz。

几家代工厂的效率超过60%，包括BAE、Fraunhofer、Wolfspeed、UMS和WIN。大多数工艺都包含砀板或作为一个选项提供。所有调查的铸造厂使用3或4英寸晶圆，有两家计划很快改为6英寸晶圆。

BAE Systems

BAE Systems在2000年收购了 Lockheed Martin Sanders公司的设施。它们基于碳化硅衬底的GaN工艺可获得最佳热性能，被用于要求高性能的军事应用（以及某些双用途的商业市场，当它 们的工艺和/或设计专长正好适合时）。 2005年，这个应用于军事应用的方法由 DARPA在宽能隙半导体-射频项目中首次确定为可用的初始版本的工艺。当前的晶片尺寸为4英寸。到2014年，它们发布了基于6英寸晶圆的MMIC功率放大器（PA）高产量工艺流程，使用其场板 （FP）GaN工艺2，目前正筹划到2017 年发布一个6英寸晶圆基的"无场板" （NFP）产品。

BAE公司的0.2µm场板工艺，最初开发时间为2005到2008年，现在成为了一个行业标准工艺，市场上已经有很多公司都能提供。它们更新的NFP工艺性能高且价格低廉。这包括高达50GHz时的高功率、高增益和高效率。采用2mil 厚的晶片，可以在每个源下放置小过孔 实现低电感接地。这与输出电容（Cds）减少了的元件相结合，使宽带放大器可 提高增益和功率附加效率（PAE）。NFP工艺的140V典型BVgd具有PA设计中 对瞬时高电压的高度耐受性，以及低噪声放大器（LNA）的高Pin生存能力。6 英寸的NFP GaN工艺成本将更低，并可利用BAE运行6英寸PHEMT工艺达10年以上的经验。

Fraunhofer IAF (Freiburg, Germany)

Fraunhofer的工艺效率和性能都高。该公司生产的产品用于研究、基站、电子战、点对点的无线电链路和雷达。对于4英寸晶片碳化硅基GaN， Fraunhofer拥有涵盖从DC到100GHz范 围的三种工艺：1）栅极长度0.5µm， 工作电压50V，频率范围高达6GHz； 2）0.25µm，28V，频率达20GHz；3） 0.1µm，15V，频率达94GHz。0.5µm工 艺的效率为65%，功率密度为6W/mm。 0.5µm和0.25µm工艺制作于4mil厚的晶 片上，带50µm的过孔，而0.1µm工艺 则在3mil厚晶片上，带30µm的过孔。 Fraunhofer提供多项目晶圆服务，每4个月一次，用比萨罩（pizza mask），支持几乎任意尺寸的小批量芯片。总的来说，它们通过三种栅极长度覆盖了很广的频率范围，并能提供高效率。

National Research Council of Canada (Ottawa, Canada)

令我们吃惊的是，加拿大政府通过国家研究理事会（NRC）提供一系列完整的GaN制造工艺，这是加拿大GaN电子器件的唯一来源。为了支持加拿大的工业和技术——但不限制工作于加拿大境内——凭借其显著的工艺技术，NRC 同时向学术和商业市场提供产品。它们拥有一个0.5µm和两个0.15µm的工艺，工作频率高达35GHz，包含可能是市场上唯一的增强模式工艺。0.15µm耗尽模式工艺的功率密度为7W/mm，0.5µm工艺则具有180V的高击穿电压。