Imec y Aixtron hacen una demostración de 200 mm GaN epi en AIX G5 + C para aplicaciones de 1200 V con averías superiores a 1800 V

Noticias: Microelectrónica

29 de abril de 2021

El centro de investigación en nanoelectrónica imec de Lovaina, Bélgica, y el fabricante de equipos de deposición Aixtron SE de Herzogenrath, cerca de Aquisgrán, Alemania, han demostrado un crecimiento epitaxial de capas tampón de nitruro de galio (GaN) calificadas para aplicaciones de 1200 V en sustratos QST de 200 mm, con una ruptura dura superior a 1800 V. Se cree que la capacidad de fabricación de capas de amortiguación calificadas para 1200 V abrirá las puertas a las aplicaciones de energía basadas en GaN de más alto voltaje, como los vehículos eléctricos (EV), que anteriormente solo contaban con tecnología factible basada en carburo de silicio (SiC). El resultado se produce después de la calificación del reactor de deposición química de vapor organometálico (MOCVD) G5+ C totalmente automatizado de Aixtron en imec para integrar el epi-stack de material optimizado.

Los materiales de banda prohibida GaN y SiC han demostrado su valor como semiconductores de próxima generación para aplicaciones que exigen energía en las que el silicio se queda corto. La tecnología basada en SiC es la más madura, pero también es más cara. A lo largo de los años se han logrado grandes avances con la tecnología basada en GaN cultivada en obleas de silicio de 200 mm, por ejemplo. En imec, se han demostrado transistores de alta movilidad electrónica (HEMT) en modo de mejora calificados y dispositivos de potencia de diodo Schottky para rangos de voltaje operativo de 100 V, 200 V y 650 V, allanando el camino para aplicaciones de fabricación de alto volumen. Sin embargo, lograr voltajes de funcionamiento superiores a 650 V se ha visto dificultado por la dificultad de desarrollar capas de amortiguación de GaN lo suficientemente gruesas en obleas de 200 mm. Por lo tanto, hasta ahora el SiC sigue siendo el semiconductor elegido para aplicaciones de 650-1200 V, incluidos los vehículos eléctricos y las energías renovables, por ejemplo.

Por primera vez, imec y Aixtron han demostrado un crecimiento epitaxial de capas amortiguadoras de GaN calificadas para aplicaciones de 1200 V en sustratos QST de 200 mm (en espesor estándar SEMI) a 25 °C y 150 °C, con una ruptura dura superior a 1800 V.

Gráfico: Corriente de fuga del buffer directo vertical medida en GaN-on-QST de 1200 V a dos temperaturas diferentes: (izquierda) 25 °C y (derecha) 150 °C. El buffer de 1200 V de Imec muestra una corriente de fuga vertical por debajo de 1 µA/mm2 a 25°C y por debajo de 10 µA/mm2 a 150°C hasta 1200V con una ruptura superior a 1800V tanto a 25°C como a 150°C, lo que lo hace adecuado para el procesamiento de dispositivos de 1200V.

"GaN ahora puede convertirse en la tecnología preferida para una amplia gama de voltajes operativos de 20 V a 1200 V", afirma Denis Marcon, director senior de desarrollo empresarial de imec. "Al ser procesable en obleas más grandes en fábricas CMOS de alto rendimiento, la tecnología de energía basada en GaN ofrece una importante ventaja de costos en comparación con la tecnología intrínsecamente costosa basada en SiC".

La clave para lograr el alto voltaje de ruptura es la cuidadosa ingeniería de la compleja pila de material epitaxial en combinación con el uso de sustratos QST de 200 mm, ejecutados en el alcance del Programa de Afiliación a la Industria de Imec (IIAP). Los sustratos QST aptos para CMOS-fab de Qromis Inc de Santa Clara, CA, EE. UU., tienen una expansión térmica que se asemeja mucho a la expansión térmica de las capas epitaxiales de GaN/AlGaN, lo que allana el camino para capas amortiguadoras más gruesas y, por lo tanto, para un funcionamiento con mayor voltaje.

"El desarrollo exitoso de la tecnología epi de 1200 V GaN-on-QST de imec en el reactor MOCVD de Aixtron es el siguiente paso en nuestra colaboración con imec", dice el Dr. Felix Grawert, director ejecutivo y presidente de Aixtron. “Anteriormente, después de haber instalado Aixtron G5+ C en las instalaciones de imec, la tecnología de materiales GaN-on-Si de 200 mm patentada por imec fue calificada en nuestra plataforma de fabricación de alto volumen G5+ C, dirigida, por ejemplo, a aplicaciones de RF y conmutación de energía de alto voltaje y permitiendo a nuestro cliente "Para lograr un rápido aumento de la producción mediante recetas de epi disponibles previamente validadas", añade. "Con este nuevo logro, podremos acceder juntos a nuevos mercados".

Actualmente, se están procesando dispositivos de modo electrónico lateral para demostrar el rendimiento del dispositivo a 1200 V, y se están realizando esfuerzos para extender la tecnología hacia aplicaciones de voltaje aún mayor. Además de esto, imec también está explorando dispositivos GaN verticales GaN-on-QST de 8 pulgadas para ampliar aún más el rango de voltaje y corriente de la tecnología basada en GaN.

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