垂直氮化镓晶体管：起飞时间

垂直 GaN 晶体管有很多话要说。与其水平兄弟产品相比，它在给定的封装下提供更高的击穿电压和电流，同时提供卓越的可靠性并简化热管理。

然而，初创企业将垂直氮化镓晶体管商业化的努力失败了，如今，横向变体在商业上取得了成功，部分原因是建立了一个“杀手级”应用，即移动设备的快速充电。

阻碍卓越几何形状的成功是其原生基础。除了价格高昂之外，GaN 衬底的尺寸也有限，典型直径仅为 50 mm。这可以防止在受益于规模经济的成熟 200 毫米生产线上制造设备，以及使用更现代化的加工设备。

Vertical Semiconductor 是解决这些限制的开创性解决方案，它是麻省理工学院 Tomás Palacios 团队的衍生公司。Vertical 率先使用 200 毫米工程基板制造 GaN finFET，这种方法允许将芯片生产外包给众多具有硅 CMOS 功能的代工厂。

Vertical 成立于去年，最初保持低调，直到今年 10 月宣布已获得 1100 万美元的资金。这笔投资将用于在代工生产线上开发商业设备，使初创企业能够瞄准数据中心市场。由于人工智能的发展，能源需求出现了广为人知的增长，而氮化镓 finFET 有望通过减少能源损失和简化基础设施来产生影响。据 Vertical 称，其设备可以将效率提高多达 30%，并将电源的占地面积减少 50%。

应该注意的是，finFET 并不是唯一一类垂直 GaN 晶体管。十多年来，全球氮化镓研究界一直在探索不同的设计，包括电流孔径垂直电子晶体管和沟槽式 MOSFET。这两种设计的一个显着弱点是需要外延再生或包含 p 型氮化镓层——这些要求会导致制造复杂性和成本增加，或者通道载流子迁移率较差。

Vertical 正在追求一种不同的设计，即 finFET。此类晶体管只需要n型氮化镓层，因此无需外延再生即可生产。

鳍式场效应晶体效应的另一个优势是令人垂涎的常关作，这是由狭窄的鳍片通道产生的，可确保所有电子在零偏置时耗尽。

早在 2019 年，Palacios 团队生产的 1.2 kV GaN-on-GaN finFET 的基准测试，使用包括所有可能的传导和开关损耗在内的功率开关品质因数，凸显了该设计相对于所有最先进的硅和 SiC 功率晶体管以及大面积 GaN 研发设备的优越性。

这一成功为 Vertical 提供了核心技术，该公司由 Palacios 与公司首席执行官兼首席技术官 Cynthia Liao 和 Joshua Perozek 共同创立。

背景故事
虽然 Perozek 的首席技术官之路很熟悉，包括从 Palacios 团队的研究员晋升为初创公司的技术负责人，但 Liao 的背景却截然不同。

在安大略省西部大学获得工商管理学位后，她职业生涯的前十年从事能源基础设施以及能源和气候政策工作。

“我来到麻省理工学院时是斯隆研究员计划的职业中期 MBA 学生。我的目标是将我的经历真正转化为更具创业精神的旅程，特别是使用我认为在麻省理工学院非常令人兴奋的技术来对气候和能源产生影响。

通过在麻省理工学院的一堂课，廖认识了佩罗泽克和帕拉西奥斯。她对这项技术及其潜力充满热情，开始支持这个实验室，与潜在客户交谈。课程结束后，合作继续取得巨大成功，包括赢得比赛、获得初步支持以及进入加速器计划。

当廖和佩罗泽克在 2024 年夏天毕业时，他们决定成立公司。

在过去一年左右的时间里，Vertical 已经获得了资金，将支持其开发其第一个原型包的努力，计划于今年年底进行样品，然后再推出所谓的完全集成解决方案。为了执行这些计划，Vertical 将与工程基板供应商以及外延片和代工服务提供商合作。

Perozek 在 Palacois 团队期间所做的工作是帮助弥合研发和批量生产之间的过渡，包括将技术从研究实验室转移到麻省理工学院林肯实验室。这些努力导致在 200 毫米晶圆上制造了第一个 GaN 鳍状体效应晶体管。

廖和她的同事们一直关注的另一个目标是与客户产生需求。

Vertical 的 GaN 鳍式 FET 在 200 mm 工程基板的背面具有底部触点。

以数据中心
为目标廖说：“我们正在与整个数据中心电力价值链合作，并与客户合作，了解该架构如何继续发展，以满足这些 XPU 未来的需求。

数据中心对电力有不同的要求，从低压负载点到固态变压器和固态断路器。

“我们很高兴能够涉足这些不同的应用领域，这些领域涉及工业电源、电网接口和可再生能源技术，”廖说。

她还看到了该团队的 finFET 在电动汽车中的机会，他们承诺延长行驶里程，同时提供比现有产品更小的外形尺寸。但从 Vertical 的角度来看，这个市场有一个缺点：资格认证时间相对较长，这阻碍了初创企业在电力市场站稳脚跟。

“我们的目标是将这些设备交到客户手中，然后致力于提高汽车生产所需的可靠性和认证，”廖解释道，然后补充说，尽管有这个优先事项，Vertical 已经开始与移动和车辆领域的客户互动。

Vertical 的团队目前共有 6 名员工，预计未来几个月人数将增加，正在开发阻断电压为 100 V 至 1,200 V 的器件组合。

这些 GaN 鳍式场效应晶体管将作为封装芯片发货。“如果人们想要裸体死亡，我们很乐意提供。但我们发现包装是首选，“廖说。

随着时间的推移，Vertical 将扩大其范围，推出具有更高阻断电压的器件。这相对容易做到，因为由于工程衬底上的生长，承受更高电压所需的较厚的 GaN 层不会引入明显的弯曲和翘曲。

但在接下来的 12 个月里，Vertical 的重点将是与代工合作伙伴一起大规模生产工作设备，并为认证开辟一条清晰的途径。“这是我们的首要目标，”廖说。