作为第三代半导体的代表技术之一，GaN功率器件一直被业界寄予厚望，被认为是中、低功率市场上Si功率器件的革命者。研究机构Yole Dévelopement的数据显示，2016年全球氮化镓(GaN)功率元件产业规模约为1200万美元，预计到2022年该市场将成长到4.6亿美元，年复合成长率高达79%。

基于GaN功率器件的前景可期，已吸引许多公司进入这个市场，EPC、GaN系统、英飞凌、松下和Transphorm已经实现商业化量产，Dialog、恩智浦、安森美半导体、德州仪器等实力选手也纷纷加入战局。在大厂云集的GaN功率器件市场，后来者还有哪些机会？

纳微半导体用GaN功率芯片给出了自己的答案。这家成立于2014年的年轻的公司，凭借其面向消费级市场的高集成度的GaN功率芯片产品在市场上快速建立起知名度，大有撼动当前市场格局之势。近日该公司位于杭州的研发中心宣布成立，与非网记者在此采访了纳微半导体公司CEO Gene Sheridan、CTO Dan Kinzer、中国现场应用和技术营销总监黄万年，以及应用研发中心高级总监徐迎春并进行了深入的沟通。

纳微半导体公司CEO Gene Sheridan

CTO Dan Kinzer

中国现场应用和技术营销总监黄万年（右），应用研发中心高级总监徐迎春（左）

GaN功率芯片的技术门槛有多高

这也是我提给Gene Sheridan的第一个问题，虽然目前纳微半导体是GaN功率芯片的唯一供应商，但对于英飞凌、德州仪器这种有相当强大的技术积累的大厂而言，想要做出这种产品或者说要做的比纳微半导体更好，到底有多难？

Gene给我的答复是可能至少还要一两年其他大厂才能研发出同样性能的产品，而这其中的技术门槛就在于纳微半导体的产品在实现高集成度的同时还实现了极小的尺寸和高效率。

2017年9月，纳微半导体发布了号称世界上最小的65W USB-PD 手提电脑电源适配器。用GaN功率IC设计的65W参考设计NVE028A采用有源钳位反激 (ACF) 拓扑结构的，开关速度比典型的转换器设计快了3至4倍，损耗降低40%，从而实现更小的尺寸和更低的成本。该设计完全符合欧盟CoC Tier 2及美国能源部6级 (DoE VI) 所规范的能效标准，更在满负载下实现超过94%的最高尖峰效率。

有别于早期的高密度电源适配器设计，NVE028A使用简单、标准、低成本的制造技术实现了小尺寸(51 x 43 x 20.5 mm)和突破性的功率密度(1.5W/cc，24W/in3 )。

其中GaN驱动器、GaN FET和GaN逻辑单元的单片集成，全部采用650V GaN工艺，从而实现许多软开关拓扑和应用中的高速、高频率、高效率操作。

Dan Kinzer则介绍，此前限制GaN功率器件大范围商业化的一大障碍是产品的可靠性问题。纳微半导体的功率芯片的优势就在于成功解决了这一问题，让GaN功率产品可以进入到笔记本电脑这类消费级市场，迅速提升市场占有率。

同时Dan表示，目前纳微半导体正在围绕新能源汽车应用开发车规级的GaN功率芯片，他也坦言，因为汽车市场跟消费类市场的差异性，纳微半导体还需要在产品的可靠性和性能表现上不断努力，让产品能够满足汽车市场的更高要求，希望在未来的新能源汽车市场爆发之际有所作为。

对与非网记者提出的，很多设备厂商在选择供应商时，都希望有第二供应商的选择，而作为市场上唯一一家GaN功率芯片供应商，是否会给纳微半导体的市场拓展造成障碍？对此，Gene提到，任何一种新技术、新产品出现，总会有第一批吃螃蟹的人，也就是那些希望能够走在前端、引领技术潮流的厂商，这些厂商会选择与纳微半导体合作，为他们的系统产品注入高性能和差异化。而随着这种技术成为一种趋势，其他玩家一定会跟进，市场也就会越做越大。

GaN市场因为还不成熟而充满机会

6月21日纳微半导体宣布在杭州设立国内GaNFast研发中心，无疑显示了该公司对中国市场的信心。而作为应用研发中心高级总监的徐迎春今后将负责整个研发中心的管理以及国内所有研发相关的管理工作。

徐迎春表示，虽然目前来看，GaN功率半导体的市场规模依旧不大，来自于价格、技术等方面的挑战短期内很难克服，市场对这一产品的接受程度也不高。但是，纳微半导体相信，只有在看到这一市场未来大有可图的时候进入市场，才是最好的发展时机，而当市场成熟之后玩家也必然呈现集中化的趋势，留下的生存空间并不多。

按照纳微半导体公司FAE和技术市场总监黄万年的话来说，现在电力电子产业正进入一个令人兴奋的新材料、新器件、新磁学、新控制器及富有想象力的拓朴的新时代。如何在这样的时代，为市场提供更好的、更符合市场要求的产品，才是一个厂商的生存之道，尤其是在竞争激烈的领域。

“之所以对纳微半导体的GaN功率芯片在中国的市场前景有信心，因为我们已经看到了客户对我们产品的反应，市场的接受度很高，包括很多主流的设备厂商都在跟进。”黄万年强调。当天活动现场，我们确实看到很多知名品牌厂商的参与，除了对纳微半导体产品性能的肯定，在现场的沟通中也有产业链的合作者对纳微半导体公司表现出的开放性和合作精神表示认同。

徐迎春介绍，杭州研发中心在年内将迅速搭建起完善的研发和FAE团队，服务于本土和周边市场的客户。

而据Dan透露，纳微半导体在中国市场上的投资动作还不止于此，后面还会有大新闻，我们不妨期待一下。

全球最大半导体设备商应用材料(Applied Materials)于2018年6月6日宣布，在材料工程上获得技术突破，能在大数据与人工智能(AI)时代加速芯片效能。

Applied Materials表示，20年来首桩晶体管接点与导线的重大金属材料变革，能解除7nm及以下晶圆制程主要的效能瓶颈，由于钨(W)在晶体管接点的电性表现与铜(Cu)的局部终端金属导线制程都已经逼近物理极限，成为FinFET无法完全发挥效能的瓶颈，因此芯片设计者在7nm以下能以钴(Co)金属取代钨与铜，借以增进15%的芯片效能。

采用钴可优化先进制程金属填充情形，延续7nm以下的制程微缩

钨和铜是目前先进制程所采用的重要金属材料，然而钨和铜与绝缘层附着力差，因此都需要线性层（Liner Layer）增加金属与绝缘层间的附着力。

此外，为了避免阻止钨及铜原子扩散至绝缘层而影响芯片电性，必须有阻挡层存在。

如下图所示，随着制程微缩至20nm以下，以钨 contact制程为例，20nm的Contact CD中，Barrier就占了8nm，Contact中实际金属层为12nm (金属填充8nm+ 晶核形成 4nm)，Contact直径为10nm时，实际金属层仅剩2nm，以此估算Contact直径为8nm时将没有金属层的容纳空间，此时线性层及阻挡层的厚度成了制程微缩瓶颈。

注：金属导线及晶体管间的连接通道称为Contact，由于Contact实际形状是非常贴近圆柱体的圆锥体。因此Contact CD一般指的是Contact直径

*注：图中Barrier包含Barrier Layer+Liner Layer

▲W Contact的金属填充情形；source：Applied Materials

然而同样10nm的Contact直径若采用钴(如下图)，其Barrier仅4nm，而实际金属层则有6nm，相较于采用钨更有潜力在7nm以下制程持续发展。

注：图中Barrier包含Barrier Layer+Liner Layer

▲CO Contact的金属填充情形；source：Applied Materials

金属材料变革将影响中国半导体设备的研发方向

目前中国半导体设备以蚀刻、薄膜及CMP的发展脚步最快，此部分将以打入主流厂商产线、取得认证并藉此建立量产数据为目标，朝向打入先进制程的前段晶体管制程之远期目标是相当明确。

然而相较于国际主流半导体设备厂商的技术水平，中国半导体设备厂商仍是追随者角色，因此钴取代钨和铜的趋势确立，将影响中国半导体设备厂商尤其是蚀刻、薄膜及CMP的研究发展方向。