氮化鎵晶片突破 800°C，高溫性能大爆發

在半導體領域，氮化鎵（GaN）與碳化矽（SiC）之間的競爭持續升溫。最近，賓夕法尼亞州立大學的研究團隊在電氣工程教授朱榮明的帶領下，成功研發出一款能在高達 800°C 運行的氮化鎵晶片，這一溫度足以融化食鹽，顯示出其在極端環境下的潛力。

氮化鎵晶片的突破性進展，可能對未來的太空探測器、噴氣引擎及製藥過程等應用至關重要。阿肯色大學的電氣工程與電腦科學傑出教授艾倫·曼圖斯指出，氮化鎵晶片能在天然氣渦輪機及化工廠的高能耗製造過程中發揮監控作用，這是碳化矽晶片無法實現的。

這兩種半導體材料的優勢來自於其寬能隙，氮化鎵的能隙為3.4 eV，而碳化矽的能隙為3.3 eV，這使得它們在高溫下仍能穩定運行。氮化鎵的高電子遷移率晶體管（HEMT）結構，透過在氮化鎵層上方添加鋁氮化鎵薄膜，形成了高濃度的二維電子氣（2DEG），使得電子在晶片內的運動更為迅速，提高了晶體管的響應速度和電流承載能力。

然而，儘管氮化鎵晶片在性能上超越了碳化矽，曼圖斯對其長期可靠性表示擔憂，特別是在500°C以上的極端溫度下，氮化鎵可能會出現微裂紋等問題。朱榮明也承認，提升高溫下的可靠性仍是未來的改進方向，目前他們的晶片在800°C下的持續運行時間約為一小時，這對實際應用提出了挑戰。

這項技術的潛在應用範圍廣泛，包括在金星表面等極端環境中運行的電子設備。朱榮明指出，若能在800°C下穩定運行一小時，那麼在600°C或700°C的環境中，運行時間將會更長。

隨著氮化鎵晶片的成功，未來的計劃包括進一步提升晶片的運行速度，並考慮商業化的可能性。儘管氮化鎵目前在高溫電子學領域占據優勢，但曼圖斯的實驗室也在努力提升碳化矽晶片的性能，競爭仍在持續升溫。根據市場預測，全球GaN與SiC功率半導體市場將在2025年達到171億美元，並預計到2029年增長至343億美元，年複合成長率逾19%。

（首圖來源：shutterstock）