Imec et Aixtron démo 200mm GaN epi sur AIX G5 + C pour les applications 1200V avec panne à plus de 1800V

Actualités : Microelectronics

29 Avril 2021

Le centre de recherche en nanoélectronique imec de Louvain, en Belgique, et le fabricant d'équipements de dépôt Aixtron SE de Herzogenrath, près d'Aix-la-Chapelle, en Allemagne, ont démontré la croissance épitaxiale de couches tampons de nitrure de gallium (GaN) qualifiées pour les applications 1200 200 V sur des substrats QST de 1800 mm, avec un claquage dur dépassant 1200 5 V. On estime que la capacité de fabrication de couches tampons qualifiées pour XNUMX XNUMX V ouvrira les portes aux applications électriques à base de GaN à haute tension, telles que les véhicules électriques (VE), auparavant uniquement avec une technologie réalisable à base de carbure de silicium (SiC). Le résultat intervient après la qualification du réacteur de dépôt chimique en phase vapeur métal-organique (MOCVD) entièrement automatisé GXNUMX+ C d'Aixtron par l'IMEC pour l'intégration de l'épi-stack de matériaux optimisé.

Les matériaux à large bande interdite GaN et SiC ont prouvé leur valeur en tant que semi-conducteurs de nouvelle génération pour les applications exigeantes en énergie où le silicium est insuffisant. La technologie basée sur SiC est la plus mature, mais elle est également plus coûteuse. Au fil des années, de grands progrès ont été réalisés avec la technologie basée sur GaN, développée sur des tranches de silicium de 200 mm, par exemple. À l'IMEC, des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) qualifiés et des dispositifs d'alimentation à diode Schottky ont été présentés pour des plages de tension de fonctionnement de 100 V, 200 V et 650 V, ouvrant la voie à des applications de fabrication à grand volume. Cependant, l’obtention de tensions de fonctionnement supérieures à 650 V a été rendue difficile par la difficulté de développer des couches tampons de GaN suffisamment épaisses sur des tranches de 200 mm. Par conséquent, le SiC reste jusqu'à présent le semi-conducteur de choix pour les applications 650-1200 XNUMX V, y compris les véhicules électriques et les énergies renouvelables, par exemple.

Pour la première fois, imec et Aixtron ont démontré la croissance épitaxiale de couches tampons de GaN qualifiées pour des applications 1200 200 V sur des substrats QST de 25 mm (en épaisseur standard SEMI) à 150 °C et 1800 °C, avec un claquage dur dépassant XNUMX XNUMX V.

Graphique : Courant de fuite du tampon direct vertical mesuré sur GaN-on-QST 1200 25 V à deux températures différentes : (à gauche) 150 °C et (à droite) 1200 °C. Le tampon 1 XNUMX V d'Imec affiche un courant de fuite vertical inférieur à XNUMX µA/mm2 à 25°C et en dessous de 10µA/mm2 à 150°C jusqu'à 1200V avec un claquage supérieur à 1800V à 25°C et 150°C, ce qui le rend adapté au traitement d'appareils 1200V.

« Le GaN peut désormais devenir la technologie de choix pour toute une gamme de tensions de fonctionnement allant de 20 V à 1200 XNUMX V », déclare Denis Marcon, directeur principal du développement commercial chez imec. « Pouvant être traitée sur des tranches plus grandes dans des usines CMOS à haut débit, la technologie de puissance basée sur GaN offre un avantage de coût significatif par rapport à la technologie basée sur SiC, intrinsèquement coûteuse.

La clé pour atteindre une tension de claquage élevée réside dans l'ingénierie minutieuse de l'empilement complexe de matériaux épitaxiaux en combinaison avec l'utilisation de substrats QST de 200 mm, exécutés dans le cadre du programme d'affiliation industrielle Imec (IIAP). Les substrats QST compatibles CMOS de Qromis Inc de Santa Clara, Californie, États-Unis ont une dilatation thermique qui correspond étroitement à la dilatation thermique des couches épitaxiales GaN/AlGaN, ouvrant la voie à des couches tampons plus épaisses – et donc à un fonctionnement à plus haute tension.

« Le développement réussi de la technologie épi GaN-sur-QST 1200 5 V d'Imec dans le réacteur MOCVD d'Aixtron est une prochaine étape dans notre collaboration avec Imec », a déclaré le PDG et président d'Aixtron, le Dr Felix Grawert. « Après avoir installé Aixtron G200+ C dans les installations d'Imec, la technologie exclusive de matériaux GaN-sur-Si de 5 mm d'Imec a été qualifiée sur notre plate-forme de fabrication à grand volume GXNUMX+ C, ciblant par exemple les applications de commutation de puissance haute tension et RF et permettant à nos clients pour parvenir à une montée en puissance rapide de la production grâce à des recettes épi disponibles pré-validées », ajoute-t-il. « Grâce à cette nouvelle réalisation, nous pourrons ensemble accéder à de nouveaux marchés. »

Actuellement, les dispositifs latéraux en mode e sont en cours de traitement pour prouver leurs performances à 1200 8 V, et des efforts sont en cours pour étendre la technologie à des applications à tension encore plus élevée. Parallèlement, imec explore également les dispositifs GaN verticaux GaN-on-QST de XNUMX pouces pour étendre davantage la plage de tension et de courant de la technologie basée sur GaN.

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Mots clés: IMEC Aixtron MOCVD GaN-sur-Si

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