晶湛半导体5kV多通道双向GaN功率器件实现关键突破！

近日，晶湛半导体在高电压氮化镓（GaN）功率器件领域取得重要进展。由晶湛半导体深度参与、联合香港大学张宇昊、汪涵教授课题组的研究成果，成功入选 2025 年 IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM 2025），标志着晶湛在先进 GaN 外延与高端功率器件方向上的持续国际领先地位。

IEDM 是全球半导体与电子器件领域最具权威和影响力的顶级会议之一，以其严苛的评审标准与前瞻性的技术视野，被誉为“电子器件突破性技术的风向标”和“器件的奥林匹克盛会”， 是全球最具影响力的电子器件顶级会议。本次入选论文首次报道了一种增强型多通道单片集成 GaN 双向开关，在正、反两个极性下均实现5 kV 对称击穿电压，刷新了 GaN 单片双向器件的最高电压纪录，并实现了当前双向 GaN 器件中最优性能指标。

GaN 双向功率器件被认为将在 AI 数据中心、车载充电、光伏与储能逆变器等方向带来革命性变化。 随着新一代 AI 能源系统快速发展，双向器件已成为 AC 功率变换和新型电力架构的核心基础。然而，现有 GaN 双向器件电压长期受限于 650 V，严重制约了其在中高压场景中的应用。相比依赖多个单向器件反向串联的传统方案，单片集成双向器件的优势会随电压等级提升而持续放大，在芯片面积、寄生参数、系统复杂度和可靠性方面展现出不可替代的潜力。本次5 kV 单片 GaN 双向器件 的实现，为 GaN 技术迈入中压AC应用打开了关键突破口。

该器件基于6 英寸蓝宝石衬底五沟道 GaN 外延晶圆实现，多通道结构显著提升电流密度，并在将比导通电阻降至 20 mΩ·cm2。同时，引入双结终端扩展电场调控设计，实现5 kV高击穿电压。可靠性测试显示，在 1.7 kV、150°C 高温反向偏置（HTRB） 条件下，器件导通电阻漂移低于5%，动态 Ron 稳定性较单通道器件提升约30%，且对衬底偏压变化不敏感，展现出蓝宝石衬底多通道 GaN 结构的本征可靠性优势。

Fig. (a) 6英寸多沟道GaN外延材料; (b) 多沟道GaN单片双向器件； (c) 器件双向导通特性；(d) 器件双向承压特性。

值得关注的是，这是晶湛半导体自 2019 年以来发表的第8篇 IEDM 论文，研究方向覆盖 GaN 功率器件与 RF 器件 等多个前沿领域。近年在 IEDM 会议中，晶湛半导体在第三代半导体的论文数量方面仅次于 Intel，是同期入选 IEDM 论文数量最多的企业，充分体现了公司在第三代半导体材料与器件创新上的持续投入与全球竞争力。

面向未来，晶湛半导体将持续围绕多通道 GaN 外延和高电压功率器件推进协同创新，加速 GaN 技术在 AI 能源系统、新型电力电子与高可靠性应用中的规模化落地。

●2025 IEDM论文信息

论文题目：5 kV, 20 mΩ·cm2 Enhancement-Mode Multi-Channel GaN Monolithic Bidirectional Switch

作者团队：Yuan Qin, Ming Xiao, Hongchang Cui, Xin Yang, Zineng Yang, Hehe Gong, Kai Liu, Ivan Kravchenko, Florin Udrea, Kai Cheng, Han Wang, Yuhao Zhang* （加粗为晶湛作者）

●晶湛近年IEDM文章一览

2019 IEDM, “1200 V Multi-Channel Power Devices with 2.8 Ω•mm ON-Resistance,” （与EPFL Elison Matioli教授课题组合作）

2020 IEDM, “5 kV Multi-Channel AlGaN/GaN Power Schottky Barrier Diodes with Junction-Fin-Anode,” (与Virginia Tech张宇昊教授课题组合作，入选IEDM Technical Highlight，被Nature Electronics报导)

2021 IEDM, “Multi-Channel Monolithic-Cascode HEMT (MC2-HEMT): A New GaN Power Switch up to 10 kV,” (与Virginia Tech张宇昊教授课题组合作，入选IEDM Technical Highlight，被Nature Electronics报导)

2022 IEDM, “First Demonstration of Vertical Superjunction Diode in GaN,” (与Virginia Tech张宇昊教授课题组合作)

2022 IEDM, “GaN Field Emitter Arrays with JA of 10 A/cm2 at VGE = 50 V for Power Applications,” （与MIT Tomas Palacious教授课题组合作）

2023 IEDM, “HyFET—A GaN/SiC Hybrid Field-Effect Transistor,”（与香港科技大学陈敬教授课题组合作）

2023 IEDM, “6.6W/mm 200mm CMOS compatible AlN/GaN/Si MIS-HEMT with in-situ SiN gate dielectric and low temperature ohmic contacts, ”（与CEA-LETI Erwan Morvan教授合作）

来源：晶湛半导体

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