Imec e Aixtron dimostrano l'epi GaN da 200 mm su AIX G5 + C per applicazioni a 1200 V con guasto oltre 1800 V

News: Microelectronics

29 Aprile 2021

Il centro di ricerca sulla nanoelettronica imec di Lovanio, in Belgio, e il produttore di apparecchiature di deposizione Aixtron SE di Herzogenrath, vicino ad Aquisgrana, in Germania, hanno dimostrato una crescita epitassiale di strati tampone di nitruro di gallio (GaN) qualificati per applicazioni a 1200 V su substrati QST da 200 mm, con una forte rottura superiore a 1800 V. Si ritiene che la producibilità di strati buffer qualificati per 1200 V apra le porte alle applicazioni di energia basate su GaN ad alta tensione come i veicoli elettrici (EV), in precedenza solo con la tecnologia basata sul carburo di silicio (SiC). Il risultato arriva dopo la qualificazione del reattore G5+ C di Aixtron completamente automatizzato per la deposizione di vapori chimici metallo-organici (MOCVD) presso imec per l'integrazione dell'epi-stack di materiale ottimizzato.

I materiali ad ampio gap di banda GaN e SiC hanno dimostrato il loro valore come semiconduttori di prossima generazione per applicazioni che richiedono energia in cui il silicio non è all'altezza. La tecnologia basata sul SiC è la più matura, ma è anche più costosa. Nel corso degli anni, ad esempio, sono stati compiuti grandi progressi con la tecnologia basata su GaN sviluppata su wafer di silicio da 200 mm. All'imec, transistor qualificati ad alta mobilità elettronica (HEMT) e dispositivi di potenza a diodi Schottky sono stati dimostrati per intervalli di tensione operativa di 100 V, 200 V e 650 V, aprendo la strada ad applicazioni di produzione in grandi volumi. Tuttavia, il raggiungimento di tensioni operative superiori a 650 V è stato messo a dura prova dalla difficoltà di far crescere strati buffer GaN sufficientemente spessi su wafer da 200 mm. Pertanto, il SiC rimane finora il semiconduttore preferito per le applicazioni a 650-1200 V, compresi ad esempio i veicoli elettrici e le energie rinnovabili.

Per la prima volta, imec e Aixtron hanno dimostrato la crescita epitassiale di strati buffer GaN qualificati per applicazioni a 1200 V su substrati QST da 200 mm (nello spessore standard SEMI) a 25 °C e 150 °C, con una forte rottura superiore a 1800 V.

Grafico: corrente di dispersione del buffer diretto verticale misurata su GaN-on-QST da 1200 V a due diverse temperature: (sinistra) 25°C e (destra) 150°C. Il buffer da 1200 V di Imec mostra una corrente di dispersione verticale inferiore a 1 µA/mm2 a 25°C e inferiore a 10μA/mm2 a 150°C fino a 1200V con interruzione superiore a 1800V sia a 25°C che a 150°C, rendendolo adatto al trattamento di dispositivi a 1200V.

"Il GaN può ora diventare la tecnologia preferita per un'intera gamma di tensioni operative da 20 V a 1200 V", afferma Denis Marcon, responsabile senior dello sviluppo aziendale presso imec. “Essendo processabile su wafer più grandi in fabbriche CMOS ad alto rendimento, la tecnologia di alimentazione basata su GaN offre un significativo vantaggio in termini di costi rispetto alla tecnologia intrinsecamente costosa basata su SiC”.

La chiave per ottenere l'elevata tensione di rottura è l'attenta progettazione del complesso stack di materiale epitassiale in combinazione con l'uso di substrati QST da 200 mm, eseguita nell'ambito del Programma di affiliazione dell'industria Imec (IIAP). I substrati QST compatibili con CMOS di Qromis Inc di Santa Clara, California, USA hanno un'espansione termica che corrisponde strettamente all'espansione termica degli strati epitassiali GaN/AlGaN, aprendo la strada a strati buffer più spessi e quindi al funzionamento a tensione più elevata.

"Lo sviluppo di successo della tecnologia epi GaN-on-QST da 1200 V di imec nel reattore MOCVD di Aixtron è un passo successivo nella nostra collaborazione con imec", afferma il Dott. Felix Grawert, CEO e presidente di Aixtron. “In precedenza, dopo aver installato Aixtron G5+ C presso le strutture di imec, la tecnologia proprietaria dei materiali GaN-on-Si da 200 mm di imec è stata qualificata sulla nostra piattaforma di produzione ad alto volume G5+ C, mirando ad esempio alla commutazione di potenza ad alta tensione e alle applicazioni RF e consentendo ai nostri clienti per ottenere un rapido incremento della produzione grazie alle ricette epi disponibili pre-convalidate”, aggiunge. “Con questo nuovo risultato saremo in grado di attingere insieme a nuovi mercati”.

Attualmente, i dispositivi in ​​modalità elettronica laterale vengono elaborati per dimostrare le prestazioni del dispositivo a 1200 V e sono in corso sforzi per estendere la tecnologia anche ad applicazioni a tensione più elevata. Oltre a questo, imec sta anche esplorando dispositivi GaN verticali GaN-on-QST da 8 pollici per estendere ulteriormente la gamma di tensione e corrente della tecnologia basata su GaN.

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Tag: IMEC aixtron MOCVD GaN su Si

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