今天报告的摘要大概可以分成三个部分，首先在简介的部分会先跟大家简单的介绍半导体材料的一个发展以及今天主要要介绍的三族氮化物的材料。第2个部分是外延，外延的话会介绍MOCVD有机金属气相沉积的一个设备，以及他的MOCVD的反应腔体的一个几何，以及它的生长的机制。第3个部分会介绍整个外延生长与结构，以及目前聚力成公司在氮化镓外延项目的一个进展。

这张图片主要简单介绍一下半导体材料发展的一个概述。半导体材料主要是从第一代半导体，也就是硅、锗半导体材料所代表，主要是用在集成电路、电子信息、网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源，微光伏产业中的都得到了极为广泛的一个应用。然而第一代半导体还是有一些材料性质上的一个限制。因此会有第二代半导体的一个发展，第二代半导体材料主要是指化物半导体材料，如砷化镓、锑化铟，主要是用来制作高速、高频、大功率以及发光电子器件。是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的一个优良材料。不过第二代半导体材料还是有它本身的一些材料性质的一个限制。因此近年来又有第三代半导体材料的一个开发。第三代半导体材料主要是以氮化钾、碳化硅、金刚石、氮化铝等半导体材料，和第一代第二代半导体材料相比，第三代半导体材料它具备有宽禁带宽度、高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及更高的抗辐射能力，因而更适合用于制作高温、高频、抗辐射及大功率的器件，通常又被称为宽禁带半导体材料，也被称为高温半导体材料。

从化学元素周期表来看，我们的半导体材料主要是由三组、四组、五组的元素构成。传统的半导体是指4组的硅跟锗这两个元素所形成的半导体材料。近年来，第二代跟第三代半导体只有化合物半导体所组成，主要是有三组的铝、镓、铟，五组的氮、磷、砷化合而成的化物半导体，以及硅跟碳所形成的化物半导体材料做代表。

为什么会选择氮化镓这个材料？在不同的禁带宽度、崩溃电场，以及电子密度、导热、导电以及饱和电子的一个迁移速率。这些性质的比较来讲，氮化镓在这三代的半导体材料中，它的性能不是最优，就是次优的一个表现。因此他就特别适合用在高电压、高电流密度以及高频的一些器件。因此综合考虑，氮化镓是目前应用最广泛，而且是可量产的一个第三代半导体材料。

那从半导体材料的一些材料性质的比较，可以由这张投影片做一个简单的比较。首先，左边这部分是属于六方晶体的蓝宝石碳化硅以及三组的氮化物材料，他的一个材料的一个晶格长度，以及禁带宽度，以及它的一个PL的一个发光的波长，以及他SRD的绕射角度。最下面这个表是他的一个晶格常数跟氮化镓6h氮化镓的一个错配的一个百分比。从这张表可以显示，以传统的氮化钾是长在氧化铝，也就是蓝宝石的基板上，蓝宝石跟氮化镓的一个晶体的一个错配率大概是16%。如果是以目前我们选择的硅衬底来讲，它的晶格的一个跟氮化镓的一个晶格错配率就高达41%，因此可以很明显的看得出来，硅跟氮化镓其实有一个很高的晶格的不匹配的程度。下面这张图是整个立方晶体的硅以及氮化镓六方晶体的原子排列结构的比较表。从这张图也可以显示出我们要把不同的两个晶体结构要把它外延生长在一起，那就需要一些外延技术的一个挑战。右下角这个图纵轴是他的能隙值，横轴是晶体的常数。从这张可以比较，从第一代的硅半导体以及第二代的砷化镓半导体，到第三代的三组氮化物以及碳化硅半导体，它其实呈现着大概是有两个族群的一个晶格常数的一个分部。硅衬底下的一个晶格常数是比较接近于砷化镓系列，跟氮化镓大概有40%的一个不匹配的一个程度。从这张表也可以很明显的看得出来，要把淡氮化镓长在硅衬底上，首先就是要克服晶体常数的一个巨大的一个差异。

另外从这张投影片可以更清楚的表达，硅衬底111面与氮化镓0001面的一个外延进口的一个关系图，刚有提到，氮化镓它是属于六面体的纤锌矿的结构。它的0001平面大概是位于六面体的这个位置。硅它是属于立方体的一个结构，它是属于钻石的一个结构堆积。它的111平面的话是在立方体的三角形的平面。从这张图大家可以就做一个比较，要把0001平面的一个氮化镓外延生长在111平面的硅衬底上，最大的挑战是要克服它巨大的一个晶体的常数的一个不匹配。

这张投影片是由文献上报道的，从比较各种不同的氮化物材料以及三种111硅、6H碳化硅以及蓝宝石衬底的材料晶格错配率以及热膨胀系数差异的一个比较表。从这张表格就可以更精准的看得出来，氮化镓跟111平面的硅衬底，他的晶格错配率高达16.9%，热膨胀系数的差异更高达54%。因此要把氮化镓外延生长在111面的硅衬底上，除了要克服巨大的一个晶格错配率之外，另外，膨胀系数的差异也是需要去仔细的去做一些分析研究及克服的。

从衬底材料的对比来讲，虽然蓝宝石是氮化镓生长的一个主流衬底，可是目前使用蓝宝石仍有许多的缺点，包括第一它的热传导率，它是非导电的材料。蓝宝石衬底它又非常的硬，难以做一些加工制程的处理。目前的蓝宝石衬底它的晶片尺寸4寸是目前的主流，6寸的量就很比较稀少。硅衬底他的优点，首先它是一个高热传导率的材料，他也具备高导电性。硅衬底它比较容易做一些研磨及切割的处理，晶片的尺寸目前12寸，以及16寸的晶片都不是太大的一个问题。另外它也是一个低成本的衬底的材料，因此目前就有很多的研究报道说，使用硅衬底来作为氮化镓的外延衬底的一个选择。然而刚刚提到的氮化镓跟硅之间，对于减少两者的晶格差异造成的缺陷，以及大应力引起的裂缝，存在着巨大的一个挑战。

这张图片是主要在简单的介绍一下何为外延？外延顾名思义，它是指在单晶的一个衬底上面沉积单晶薄膜的一个方法，大概又可以分成两大类。第1类是所谓的同质外延，同质外延是指外延层与衬底使用同一种材料的一个外延技术。这个技术主要是应用在生长比衬底需要更高程度的一个薄膜，或者制作不同掺杂浓度层的一个薄膜的技术。另外一种就是所谓的异质外延，顾名思义异质外延是一种外延层跟衬底使用不同材料的一个外延技术。举例来讲，目前在LED广泛应用的是氮化钾生长于蓝宝石衬底上，以及铝镓铟生长于砷化镓的衬底上，都是属于这种异质外延的技术。

什么是有机金属化学气相沉积？这个名词主要是由一个英文的缩写所组成。它原文是有机金属化学气象沉积MOCVD的英文缩写。不同的学派会有不同的一个说法，有人称之为叫OMCVD，那也有人称之为MOVPE，或者是OMVPE。在这边MO或者是OM指的就是我们有机金属的反应的一个前驱物分子。CVD或者是VPE指的就是化学气相沉积或气相外延的制程的一个过程。那大致上都是指着相同的一个东西，只是各个不同的学派会有不同的一个名称。

这张投影片就是整个有机金属化学气相沉积系统的一个管路的简图。有机金属化学气相沉积使用的一些气体，包括氮气、氢气、氨气以及二硅烷作为我们这些气体原子的一个来源。另外有在使用像三钾基镓、三钾基铟、三甲基铝以及二錨镁作为镓、铟、铝以及镁原子的一个来源。这些反应的全聚物透过氢气作为它的载流气体，将这些气体云透过管路输送到我们的反应腔体去做高温的一个外延反应，反应完的废气经由后端的抽气的泵送到尾端的废气处理槽去做一个处理。这个就是一个简单的有机金属化学气相沉积系统的一个管路简图。

整个反应腔体的一个几何大概可以分成两大类。第1大类是所谓的水平式的反应腔，那主要是以德国的爱思强公司做代表，包括这种单晶片的Aixtron200，以及多晶片的AixtronG4/G5，都是属于这种水平式的反应腔。顾名思义也就是它的整个气体的一个流动的一个方向，跟我们晶片的表面是呈现一个水平的关系，所以我们就称之为它是水平式的一个反应腔。

第2种反应腔体的几何是这种垂直式的反应腔，主要是以美国的Veeco以及德国Aixtron Crius这两种设备做代表，顾名思义气体的流动方向，跟我们晶体的表面是呈现一个垂直的关系，我们就称之为是垂直式反应腔。垂直反应箱有一个比较大的优点，就是它的长晶速率是跟你的整个晶片承载板的半径波动范围不大，那也就说垂直式反应箱可以生成一个比较均匀的薄膜。

这是Aixtron G5 MOCVD的一个简图，Aixtron G5 MOCVD有几项特点，首先它是一个独特的行星式的反应炉控制设计，它可以精确的监控晶片的曲率。另外可以针对各层的厚度以及掺杂浓度做一个精准的控制。另外由于它的反应炉体积比较大，所以说他非常适合做批量的一个生产。第2个优点是他的温室盖导致通过芯片的热量是最低的，这样子的优点的话，可以使得它整个通过最小的垂直梯度的一个热量。另外也可以把我们整个的晶圆的曲率做一个最小化，那也可以标准厚度的一个硅基衬底，以及严格可控的一个晶圆弯曲度。第3个特点是它可以通过定制设计的一个衬底盘优化整个晶圆的温度。

这张投影片是简单的介绍氮化镓MOCVD的一个生长机制。以我们生长氮化镓材料做例子，我们会有TMGA以及NH3作为我们的气体来源，经由氢气的载流，输送到我们整个衬底的表面去做反应。气体到了边界层，会有以下几个步骤：

首先，这些质量是借由扩散传输到我们整个芯片的一个表面，到达表面之后，他就会做一个全区域的分解。分解完的氮以及镓原子就会在我们的芯片表面做吸附，作一个原始阶段的堆叠，重复这个的动作就可以完成整个氮化镓的外延的生长。这边如果举例，我们要长三元的氮化铝镓化合物的话，就通入不同比例的一个TMGA以及TMA的一个气体源。那一样跟NH3做反应，那就可以生成我们所要的三元的一个氮化铝镓的一个化合物。

目前硅基氮化镓的外延片主要有以下几个量测的设备，首先是厚度的量测是使用 PL的量测设备，晶体的质量是用XRD作为他的材料生长品质的设备。晶圆的表面缺陷检查是由KLA Candela CS20作为它表面缺陷的一个检查设备，电子漂移率的量测设备是用LEI-1605型号的设备。

接下来简单的跟各位介绍一下聚力成半导体公司。聚力成半导体有限公司团队是由国内外各大知名半导体公司华籍专家所组成，旨在采用氮化镓核心技术，以实现电力电子与射频领域的一个高速革命。2018年9月，聚力成半导体重庆有限公司成立，以重庆为主要的项目据点，与重庆市大足区建设硅基氮化镓外延片的一个基地。右边这张图就是我们目前聚力成半导体重庆外延片的厂房的外观。目前一期厂房已经建成，占地126亩，预计投资16亿元。2019年底开始，达到外延片的一个量产，目标是建设21条的生产线，年产能12万片，它主要是应用于5g与消费市场，车用市场、数据中心与工业应用。另外聚力成半导体公司在上海有一个办事处，在深圳有一个销售点，在香港有一个子公司。另外我们在台湾有一个器件的研发中心以及销售点。

目前聚力成公司在重庆的外延片产线的设备的如这张图片所示，目前我们已经有三台Aixtron G5 MOCVD设备已经安装，在做试产，这是整个设备的一个照片。另外这是氢气的鱼雷车，作为我们氢气的来源，这是气体的分装盘，以及电力以及存水系统的一些设备的照片。

目前聚力成公司已量产的核心技术有两个，首先第1个是氮化镓的外延片，我们主要是生产6英寸650伏硅基氮化钾的一个外延片，目前我们所生产的是以硅做衬底，它基本的材料特性以及电子特性目前都是优于市场的一般规格。首先XRD的002跟102，主要是代表晶体的一个质量，它的电子迁移率以及电阻阻值，主要是代表电子的一个特性的质量。目前我们的氮化镓外延片，已经通过韩国客户的一个验证，所有的电子性能都达到国际主流的一个水平。另外在氮化镓功率器件的部分，目前是由台湾的研发团队在做研发，目前也已经开发出来650伏 MIS E-mode以及D-mode功率器件，目前都可以做量产的一个准备。

目前聚力成公司可提供的一站式代工的项目。从芯片的设计服务，可以提供我们整个设计的一个指南PDK。第2个部分是材料外延的制造，也就是我们所谓的外延片的一个研发制造。第3个部分是晶圆代工的一个服务，我们可以提供专业的一个技术的一个服务。以及第4个部分芯片封装的一个服务，我们可以提供封装的技术。目前这四项技术都是我们自有的一个专利技术，可以根据客户与应用要求定制，建立具备从芯片设计服务、外延片生产制造、晶圆代工服务、封装测试服务的一个全产业链的一个服务。以上的图片都是公司产品的实物。

以上就是聚力成公司在硅基氮化镓外延技术的一个生产的简单的报告，谢谢大家的收听，谢谢。

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