Imec dan Aixtron demo 200mm GaN epi pada AIX G5 + C untuk aplikasi 1200V dengan kerusakan lebih dari 1800V

Berita: mikroelektronika

29 April 2021

Pusat penelitian nanoelectronics imec dari Leuven, Belgia dan pembuat peralatan pengendapan Aixtron SE dari Herzogenrath, dekat Aachen, Jerman telah menunjukkan pertumbuhan epitaxial lapisan penyangga galium nitrida (GaN) yang memenuhi syarat untuk aplikasi 1200V pada substrat QST 200mm, dengan kerusakan keras melebihi 1800V. Manufakturabilitas lapisan penyangga berkualifikasi 1200V diperhitungkan untuk membuka pintu ke aplikasi daya berbasis GaN bertegangan tinggi seperti kendaraan listrik (EV), yang sebelumnya hanya dengan teknologi berbasis silikon karbida (SiC) yang layak. Hasilnya muncul setelah kualifikasi reaktor metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) Aixtron G5+ C yang sepenuhnya otomatis pada imec untuk mengintegrasikan epi-stack material yang dioptimalkan.

Material celah pita lebar GaN dan SiC telah membuktikan nilainya sebagai semikonduktor generasi berikutnya untuk aplikasi yang menuntut daya di mana silikon tidak cukup. Teknologi berbasis SiC adalah yang paling matang, tetapi juga lebih mahal. Selama bertahun-tahun kemajuan besar telah dibuat dengan teknologi berbasis GaN yang dikembangkan pada wafer silikon 200mm, misalnya. Pada imec, high-electron-mobility transistors (HEMTs) dan perangkat daya dioda Schottky yang memenuhi syarat telah didemonstrasikan untuk rentang voltase pengoperasian 100V, 200V, dan 650V, yang membuka jalan untuk aplikasi manufaktur bervolume tinggi. Namun, mencapai voltase operasi yang lebih tinggi dari 650V telah ditentang oleh kesulitan menumbuhkan lapisan penyangga GaN yang cukup tebal pada wafer 200mm. Oleh karena itu, SiC sejauh ini tetap menjadi pilihan semikonduktor untuk aplikasi 650-1200V – termasuk kendaraan listrik dan energi terbarukan, misalnya.

Untuk pertama kalinya, imec dan Aixtron telah mendemonstrasikan pertumbuhan epitaxial dari lapisan penyangga GaN yang memenuhi syarat untuk aplikasi 1200V pada substrat 200mm QST (dalam ketebalan standar SEMI) pada suhu 25°C dan 150°C, dengan hard breakdown melebihi 1800V.

Gambar: Arus kebocoran buffer maju vertikal diukur pada 1200V GaN-on-QST pada dua temperatur yang berbeda: (kiri) 25°C dan (kanan) 150°C. Penyangga 1200V Imec menunjukkan arus bocor vertikal di bawah 1µA/mm2 pada 25°C dan di bawah 10µA/mm2 pada 150°C hingga 1200V dengan kerusakan lebih dari 1800V baik pada 25°C dan 150°C, sehingga cocok untuk pemrosesan perangkat 1200V.

“GaN sekarang dapat menjadi teknologi pilihan untuk berbagai macam voltase pengoperasian dari 20V hingga 1200V,” kata Denis Marcon, manajer pengembangan bisnis senior di imec. “Dapat diproses pada wafer yang lebih besar dalam fabrikasi CMOS throughput tinggi, teknologi daya berdasarkan GaN menawarkan keuntungan biaya yang signifikan dibandingkan dengan teknologi berbasis SiC yang mahal secara intrinsik.”

Kunci untuk mencapai tegangan tembus yang tinggi adalah rekayasa yang cermat dari tumpukan material epitaxial kompleks yang dikombinasikan dengan penggunaan substrat QST 200mm, yang dilaksanakan dalam lingkup Program Afiliasi Industri Imec (IIAP). Substrat QST ramah-CMOS dari Qromis Inc di Santa Clara, CA, USA memiliki ekspansi termal yang sangat cocok dengan ekspansi termal lapisan epitaxial GaN/AlGaN, membuka jalan untuk lapisan penyangga yang lebih tebal – dan karenanya operasi bertegangan lebih tinggi.

“Keberhasilan pengembangan teknologi 1200V GaN-on-QST epi imec ke dalam reaktor MOCVD Aixtron merupakan langkah selanjutnya dalam kolaborasi kami dengan imec,” kata CEO & presiden Aixtron Dr Felix Grawert. “Sebelumnya, setelah memasang Aixtron G5+ C di fasilitas imec, teknologi material GaN-on-Si 200mm milik imec telah memenuhi syarat pada platform manufaktur volume tinggi G5+ C kami, menargetkan misalnya pengalihan daya tegangan tinggi dan aplikasi RF serta memungkinkan pelanggan kami untuk mencapai peningkatan produksi yang cepat dengan resep epi yang telah divalidasi sebelumnya,” tambahnya. “Dengan pencapaian baru ini, kami akan dapat bersama-sama memasuki pasar baru.”

Saat ini, perangkat e-mode lateral sedang diproses untuk membuktikan kinerja perangkat pada 1200V, dan upaya sedang dilakukan untuk memperluas teknologi ke aplikasi tegangan yang lebih tinggi. Selain itu, imec juga menjajaki perangkat GaN vertikal GaN-on-QST berukuran 8 inci untuk memperluas jangkauan tegangan dan arus dari teknologi berbasis GaN.

Lihat item terkait:

Imec dan Qromis menghadirkan HEMT p-GaN pada media yang cocok dengan CTE 200mm

Tags: IMEC Aixtron MOCVD GaN-on-Si

Kunjungi: www.aixtron.com

Kunjungi: www.imec.be

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