Imec- ja Aixtron-demo 200 mm: n GaN epi AIX G5 + C -laitteella 1200 V: n sovelluksiin yli 1800 V: n erittelyllä

Uutiset: Microelectronics

29 huhtikuu 2021

Nanoelektroniikan tutkimuskeskus imec Leuvenissa, Belgiassa ja pinnoituslaitteiden valmistaja Aixtron SE Herzogenrathista lähellä Aachenia, Saksa ovat osoittaneet galliumnitridi (GaN) -puskurikerrosten epitaksiaalista kasvua, jotka soveltuvat 1200 V:n sovelluksiin 200 mm QST-substraateilla, ja kova hajoaminen ylittää 1800 V. 1200 V:n laadukkaiden puskurikerrosten valmistettavuuden uskotaan avaavan ovia korkeimman jännitteen GaN-pohjaisille tehosovelluksille, kuten sähköajoneuvoihin (EV), joissa aiemmin käytettiin vain toteuttamiskelpoista piikarbidi (SiC) -pohjaista tekniikkaa. Tulos tulee sen jälkeen, kun Aixtronin G5+ C täysin automatisoitu metalli-orgaaninen kemiallinen höyrypinnoitusreaktori (MOCVD) on hyväksytty imecillä optimoidun materiaalin epipinon integroimiseksi.

Laajakaistaiset materiaalit GaN ja SiC ovat osoittaneet arvonsa seuraavan sukupolven puolijohteina tehoa vaativiin sovelluksiin, joissa piitä ei ole. SiC-pohjainen teknologia on kypsin, mutta se on myös kalliimpaa. Vuosien varrella on edistytty valtavasti esimerkiksi 200 mm:n piikiekoilla kasvatetulla GaN-pohjaisella teknologialla. Imecissä on osoitettu, että korkean elektronisen liikkuvuuden transistorit (HEMT) ja Schottky-dioditeholaitteet toimivat 100 V:n, 200 V:n ja 650 V:n käyttöjännitealueilla, mikä avaa tietä suurivolyymille valmistussovelluksille. Yli 650 V:n käyttöjännitteiden saavuttamisen on kuitenkin haastanut riittävän paksujen GaN-puskurikerrosten kasvattaminen 200 mm:n kiekkoihin. Tästä syystä piikarbidi on toistaiseksi suosituin puolijohde 650–1200 V:n sovelluksissa – mukaan lukien esimerkiksi sähköajoneuvot ja uusiutuva energia.

Ensimmäistä kertaa imec ja Aixtron ovat osoittaneet GaN-puskurikerrosten epitaksiaalista kasvua, jotka soveltuvat 1200 V:n sovelluksiin 200 mm QST (SEMI-standardipaksuus) -substraateilla 25 °C:ssa ja 150 °C:ssa, ja kova rikkoutuminen ylittää 1800 V.

Grafiikka: Pystysuuntaisen puskurin vuotovirta mitattuna 1200V GaN-on-QST:llä kahdessa eri lämpötilassa: (vasemmalla) 25°C ja (oikealla) 150°C. Imecin 1200 V puskurissa pystysuora vuotovirta on alle 1 µA/mm2 25 °C:ssa ja alle 10 µA/mm2 150°C:ssa aina 1200V:iin asti yli 1800V:n häiriötilanteessa sekä 25°C:ssa että 150°C:ssa, joten se soveltuu 1200 V:n laitteiden käsittelyyn.

"GaN:sta voi nyt tulla teknologian valinta useille käyttöjännitteille 20 V:sta 1200 V:iin", sanoo Denis Marcon, Imecin vanhempi liiketoiminnan kehityspäällikkö. "GaN-pohjainen tehotekniikka on prosessoitavissa suuremmilla kiekoilla korkean suorituskyvyn CMOS-levyissä, joten se tarjoaa merkittävän kustannusedun verrattuna luonnostaan ​​kalliiseen piikarbidipohjaiseen tekniikkaan."

Avain korkean läpilyöntijännitteen saavuttamiseen on monimutkaisen epitaksiaalisen materiaalipinon huolellinen suunnittelu yhdistettynä 200 mm:n QST-substraattien käyttöön, joka toteutetaan Imec Industry Affiliation Program (IIAP) -ohjelman puitteissa. Qromis Inc:n Santa Clara, Kalifornia, USA CMOS-ystävällisillä QST-substraateilla on lämpölaajeneminen, joka vastaa läheisesti GaN/AlGaN-epitaksiaalisten kerrosten lämpölaajenemista, mikä tasoittaa tietä paksummille puskurikerroksille – ja siten korkeamman jännitteen toiminnalle.

"Imecin 1200 V GaN-on-QST epi -teknologian onnistunut kehittäminen Aixtronin MOCVD-reaktoriksi on seuraava askel yhteistyössämme imecin kanssa", sanoo Aixtronin toimitusjohtaja tohtori Felix Grawert. "Aiemmin, kun Aixtron G5+ C oli asennettu imecin tiloihin, imecin oma 200 mm GaN-on-Si -materiaalitekniikka hyväksyttiin G5+ C:n suurvolyymivalmistusalustaan, joka kohdistui esimerkiksi suurjännitteen virrankytkentä- ja RF-sovelluksiin ja mahdollistaa asiakkaamme. saavuttaa nopea tuotannon ylösajo ennalta vahvistettujen saatavilla olevien epi-reseptien avulla”, hän lisää. "Tämän uuden saavutuksen ansiosta voimme yhdessä päästä uusille markkinoille."

Parhaillaan prosessoidaan lateraalisia e-mode-laitteita laitteiden suorituskyvyn osoittamiseksi 1200 V jännitteellä, ja teknologiaa pyritään laajentamaan entistä korkeamman jännitteen sovelluksiin. Tämän lisäksi imec tutkii myös 8 tuuman GaN-on-QST pystysuuntaisia ​​GaN-laitteita laajentaakseen edelleen GaN-pohjaisen tekniikan jännite- ja virta-aluetta.

Katso aiheet:

Imec ja Qromis esittelevät p-GaN HEMT:itä 200 mm:n CTE-sovitetuilla substraateilla

Tunnisteet: IMEC AIXTRON MOCVD GaN-on-Si

Visit: www.aixtron.com

Visit: www.imec.be

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