Imec og Aixtron demo 200mm GaN epi på AIX G5+ C til 1200V applikationer med nedbrud over 1800V

Nyheder: Microelectronics

29 April 2021

Nanoelektronikforskningscenter imec i Leuven, Belgien og aflejringsudstyrsproducenten Aixtron SE i Herzogenrath, nær Aachen, Tyskland har demonstreret epitaksial vækst af galliumnitrid (GaN) bufferlag kvalificeret til 1200V applikationer på 200mm QST substrater, med en hård nedbrydning på over 1800V. Fremstillingen af ​​1200V-kvalificerede bufferlag anses for at åbne døre til GaN-baserede energiapplikationer med høj spænding, såsom elektriske køretøjer (EV), tidligere kun med mulig siliciumcarbid (SiC)-baseret teknologi. Resultatet kommer efter kvalificering af Aixtrons G5+ C fuldautomatiske metal-organiske kemiske dampdeposition (MOCVD) reaktor hos imec til integration af den optimerede materiale epi-stack.

Materialer med bred båndgab GaN og SiC har bevist deres værdi som næste generations halvledere til strømkrævende applikationer, hvor silicium kommer til kort. SiC-baseret teknologi er den mest modne, men den er også dyrere. I årenes løb er der sket store fremskridt med GaN-baseret teknologi dyrket på f.eks. 200 mm siliciumwafers. Hos imec er kvalificerede enhancement-mode high-electron-mobility transistorer (HEMT'er) og Schottky diode power-enheder blevet demonstreret til 100V, 200V og 650V driftsspændingsområder, hvilket baner vejen for højvolumen fremstillingsapplikationer. Men at opnå driftsspændinger højere end 650V er blevet udfordret af vanskeligheden ved at dyrke tykke nok GaN-bufferlag på 200 mm wafers. Derfor er SiC indtil videre den foretrukne halvleder til 650-1200V applikationer – herunder for eksempel elektriske køretøjer og vedvarende energi.

For første gang har imec og Aixtron demonstreret epitaksial vækst af GaN-bufferlag, der er kvalificeret til 1200V-applikationer på 200 mm QST (i SEMI-standardtykkelse) substrater ved 25°C og 150°C, med en hård nedbrydning på over 1800V.

Grafik: Lodret fremadgående bufferlækagestrøm målt på 1200V GaN-on-QST ved to forskellige temperaturer: (venstre) 25°C og (højre) 150°C. Imecs 1200V buffer viser lodret lækstrøm under 1µA/mm2 ved 25°C og under 10µA/mm2 ved 150°C op til 1200V med et nedbrud på over 1800V både ved 25°C og 150°C, hvilket gør den velegnet til behandling af 1200V enheder.

"GaN kan nu blive den foretrukne teknologi for en lang række driftsspændinger fra 20V til 1200V," siger Denis Marcon, senior business development manager hos imec. "Ved at kunne behandles på større wafere i højkapacitets CMOS-fabrikater, giver strømteknologi baseret på GaN en betydelig omkostningsfordel sammenlignet med den iboende dyre SiC-baserede teknologi."

Nøglen til at opnå den høje gennembrudsspænding er den omhyggelige konstruktion af den komplekse epitaksiale materialestak i kombination med brugen af ​​200 mm QST-substrater, udført inden for rammerne af Imec Industry Affiliation Program (IIAP). De CMOS-fabrikationsvenlige QST-substrater fra Qromis Inc i Santa Clara, CA, USA har en termisk ekspansion, der nøje matcher den termiske ekspansion af GaN/AlGaN epitaksiale lag, hvilket baner vejen for tykkere bufferlag – og dermed højere spændingsdrift.

"Den succesfulde udvikling af imecs 1200V GaN-on-QST epi-teknologi til Aixtrons MOCVD-reaktor er et næste skridt i vores samarbejde med imec," siger Aixtrons administrerende direktør og præsident Dr. Felix Grawert. “Tidligere, efter at have installeret Aixtron G5+ C på imecs faciliteter, blev imecs proprietære 200 mm GaN-on-Si materialeteknologi kvalificeret på vores G5+ C højvolumenproduktionsplatform, målrettet f.eks. højspændingsstrømskift og RF-applikationer og gør det muligt for vores kunder at opnå en hurtig produktionsstigning ved hjælp af forhåndsvaliderede tilgængelige epi-opskrifter,” tilføjer han. "Med denne nye præstation vil vi i fællesskab være i stand til at udnytte nye markeder."

I øjeblikket behandles laterale e-mode-enheder for at bevise enhedens ydeevne ved 1200V, og der arbejdes på at udvide teknologien til endnu højere spændingsapplikationer. Ved siden af ​​dette udforsker imec også 8-tommer GaN-on-QST vertikale GaN-enheder for yderligere at udvide spændings- og strømområdet for GaN-baseret teknologi.

Se relaterede varer:

Imec og Qromis præsenterer p-GaN HEMT'er på 200 mm CTE-matchede substrater

tags: IMEC Aixtron MOCVD GaN-on-Si

Besøg: www.aixtron.com

Besøg: www.imec.be

Kilde: http://www.semiconductor-today.com/news_items/2021/apr/aixtron-imec-290421.shtml