在高压功率器件应用中，GaN HEMT的垂直击穿问题一直是制约其可靠性的关键因素。传统硅基GaN器件面临三大核心挑战：

首先，GaN与Si两种半导体材料之间具有较大的晶格失配，这一材料特性导致界面缺陷形成，成为载流子泄漏通道。其次，硅的电场击穿强度比较低，只有0.3 MV/cm，这一根本性材料限制使得器件在高压工作时极易发生击穿失效。最后，硅较低的电阻率以及较高损耗角正切的属性导致硅衬底的损耗大，特别在无线频率下。

这些材料层面的限制严重影响了传统硅基GaN器件的可靠性，使其在新能源汽车、5G基站等要求高可靠性的关键领域应用中面临重大挑战。

研究表明，在<111>SOI衬底上生长的氮化镓，X 射线衍射峰的半高全宽为 672.54 arcsec，明显小于在<111>Si衬底上生长的氮化镓的平均值 762.33 arcsec。这表明在<111>SOI衬底上生长的氮化镓质量良更好，更有利于改善器件可靠性。

实现<111> SOI性能的关键：一方面在于原子级键合界面。青禾晶元SAB6210设备通过多项创新工艺攻克了这一难题：采用优化的O₂/N₂等离子体活化工艺，获得充足数量的表面羟基（-OH），确保键合强度≥2.0J/m²；同时配备高精度光学对准系统（≤±15μm），实现材料级的高精度对准；开发智能缺陷检测模块，表征键合结果达到界面空洞密度在<0.1个/cm²；独特的低温键合工艺则有效抑制了<111>晶圆的热应力翘曲，使晶圆翘曲<15μm，最终实现量产良率稳定在95%以上。此外，同样重要的是，高水平的离子注入技术，通过更精确地控制偏转角和旋转角，避免注入沟道效应，克服狭窄的“安全”的工艺窗口。通过定制化的注入能量、剂量及后续退火修复的温度匹配，实现低缺陷控制，有效降低了器件的结漏电，从而提升了器件性能。

基于6英寸晶圆量产数据验证，该技术实际达成591.69nm±20.3nm的膜厚控制精度，表面粗糙度Ra值达0.105nm（5点平均值），未检出＞5μm空洞，0.3-0.5μm颗粒18个的优异表现，所有参数均通过光谱椭偏仪和原子力显微镜等标准检测方法验证。8英寸晶圆也同步实现量产，实现了595.12nm±15.2nm的膜厚控制精度。

6inch<111>SOI加工数据

随着5G-A和6G技术发展，对高频高功率器件的需求将持续增长。青禾晶元的<111> SOI衬底结合亲水键合技术，不仅解决了垂直击穿这一根本性问题，更为器件性能提升开辟了新路径。目前，该技术已应用于新能源汽车车载充电（OBC）、射频前端模块等多个领域，未来还将在太赫兹器件、量子计算等前沿方向发挥重要作用。

“材料创新与工艺精进的结合，是突破半导体性能边界的关键。”青禾晶元期待与产业链伙伴共同推进第三代半导体技术的发展。