Перспективы GaN-технологии в силовой и СВЧ-электронике обсудят на форуме «Микроэлектроника 2025»

Нитрид-галлиевая технология – одно из наиболее перспективных и быстроразвивающихся направлений в силовой и СВЧ-электронике. Причина этого заложена в свойствах нитрида галлия, значительно превосходящего традиционный для полупроводниковой промышленности кремний по ряду ключевых параметров, таких как ширина запрещённой зоны, критическая напряжённость поля и дрейфовая скорость насыщения электронов. Благодаря этому GaN-транзисторы могут работать при более высоких температурах, на более высоких частотах, с большей плотностью мощности и энергоэффективностью, чем кремниевые.

Нитрид галлия отличается от кремния повышенной подвижностью электронов и увеличенной электрической прочностью. Это означает, что при одинаковых значениях сопротивления и пробивного напряжения GaN-транзистор имеет меньшие размеры и меньшие межэлектродные ёмкости по сравнению с кремниевым аналогом. Это обеспечивает вдвое выше удельные токи и на два порядка большие рабочие частоты GaN-транзисторов по сравнению с кремниевыми приборами.

Применение GaN-технологии активно расширяется, в частности, согласно исследованию «RF GaN Market – Global Industry Analysis and Forecast», рынок только РЧ-компонентов на основе GaN в 2023 году составил $1,27 млрд, и ожидается его рост до 4,61 млрд к 2030 году.

В «Стратегии развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года» GaN-технология внесена в ключевое направление «Научно-техническое развитие».

В РФ несколько предприятий активно ведут разработки ЭКБ на основе данной технологии.

В АО «НИИЭТ» (входит в ГК «Элемент») работы в области создания GaN-ЭКБ ведутся уже более 15 лет, используя возможности контрактного производства чипов. Недавно предприятие обновило линейку силовых GaN-транзисторов, разработав серию транзисторов ТНГ-КВ с пробивными напряжениями до 650 В, оптимизированных для работы с напряжением 220 В первичной сети переменного тока. Транзисторы предназначены для работы в качестве ключей в зарядных устройствах потребительской электроники, электромобилей, преобразователях энергии альтернативных источников и схемах электропитания аппаратуры различного назначения.

АО «НИИЭТ», запустив микроэлектронное сборочное производство в полимерные корпуса, приступило к созданию собственного кристального производства транзисторов по технологии нитрида галлия на кремнии. Проект одобрен межведомственной комиссией по комплексным инвестиционным проектам 25 июня 2025 г. Финансирование проекта осуществляется с использованием механизма кластерной инвестиционной программы (КИП), оператором которого является Фонд развития промышленности (ФРП) РФ. Кристальное производство планируется запустить к 2028 г. и в течение двух лет вывести его на проектную мощность – 5,5 тыс. пластин в год.

В АО «ПКК «Миландр» также с использованием контрактного изготовления кристаллов разработана линейка псевдоморфных транзисторов с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия с напряжением питания до 50 В с выходной мощностью от 5 Вт до 600 Вт, а также приборы с выходной мощностью 1000 Вт и 1200 Вт в балансных корпусах. Транзисторы предназначены для использования в системах радиолокации, радиопротиводействия и навигации, в системах радиосвязи и телекоммуникаций. Ведутся исследовательские работы по корпусированию СВЧ GaN HEMT в металлополимерные корпуса.

АО «НПП «Исток» им. Шокина» в рамках ОКР «Т-НГ-1» по заказу Минпромторга России разрабатывает технологический процесс изготовления и комплексный инструмент проектирования (КИП) МИС СВЧ на основе гетероструктур нитрида галлия на подложках карбида кремния с топологической нормой 0,25 мкм (DH025). Одновременно с ОКР завершается оснащение нитрид-галлиевой производственной линии технологическим и инженерным оборудованием. В 2026 году разработанный комплексный инструмент проектирования будет доступен для всех заинтересованных дизайн-центров.

АО «Зеленоградский нанотехнологический центр» (ЗНТЦ) несколько лет ведет работу по разработке технологии и отработке технологических процессов производства электроники GaN(Si)-силовых и СВЧ модулей.

АО «Светлана-Рост» (Санкт-Петербург) первой в РФ реализовало самостоятельную разработку и мелкосерийное производство ЭКБ на основе нитрида галлия. В настоящее время впервые в российской практике СВЧ фабрикой-фаундри АО «Светлана-Рост» начаты серийные поставки полностью отечественных кристаллов GaN, предназначенных для работы в L, P и S диапазонах.

АО «ОКБ-Планета» (Великий Новгород) в рамках проекта с ФПИ был разработан полностью замкнутый технологический процесс изготовления СВЧ МИС Х-диапазона и СВЧ транзисторов Х и S-диапазона на основе гетероструктур GaN/AlGaN на подложках карбида кремния для применения в перспективных образцах РЛС АФАР. На предприятии сформирована замкнутая технологическая линия по изготовлению СВЧ МИС, включающая в себя проектирование и изготовление фотошаблонов, кристальное и сборочное производство.

Форум «Микроэлектроника 2025» пройдет 21–27 сентября 2025 года на территории Научно-технологического университета «Сириус» (федеральная территория «Сириус»).