Imec ו-Aixtron הדגמה 200mm GaN epi ב-AIX G5+ C עבור יישומי 1200V עם תקלה מעל 1800V

חדשות: מיקרואלקטרוניקה

29 אפריל 2021

מרכז המחקר של ננו-אלקטרוניקה imec מלובן, בלגיה, ויצרנית ציוד השקיעה Aixtron SE מהרצוגנראת, ליד אאכן, גרמניה הדגימו צמיחה אפיטקסיאלית של שכבות חיץ של גליום ניטריד (GaN) הכשירות ליישומי 1200V על מצעי QST של 200 מ"מ, עם פירוק קשה העולה על 1800V. יכולת הייצור של שכבות חיץ מותאמות ל-1200V נחשבת לפתוח דלתות ליישומי הספק מבוססי המתח הגבוה ביותר של GaN, כגון רכבים חשמליים (EV), בעבר רק עם טכנולוגיה מבוססת סיליקון קרביד (SiC) אפשרית. התוצאה מגיעה לאחר הסמכה של כור ה-G5+C האוטומטי המלא של אדי מתכת-אורגני (MOCVD) של Aixtron ב-imec לשילוב אפי-מחסנית החומר המאופטימלית.

חומרים עם פער פס רחב, GaN ו-SiC, הוכיחו את ערכם כמוליכים למחצה מהדור הבא עבור יישומים תובעניים, שבהם הסיליקון נופל. טכנולוגיה מבוססת SiC היא הבוגרת ביותר, אך היא גם יקרה יותר. במהלך השנים חלה התקדמות גדולה עם טכנולוגיה מבוססת GaN שגדלה על פרוסות סיליקון בגודל 200 מ"מ, למשל. ב-imec, הדגימו טרנזיסטורים בעלי ניידות גבוהה באלקטרון (HEMT) ומכשירי כוח דיודות Schottky עבור טווחי מתח פעולה של 100V, 200V ו-650V, וסללו את הדרך ליישומי ייצור בנפח גבוה. עם זאת, השגת מתחי הפעלה גבוהים מ-650V אותגרה בגלל הקושי לגדל שכבות חיץ של GaN עבות מספיק על פרוסות 200 מ"מ. לכן, SiC עד כה נותר המוליך למחצה המועדף עבור יישומי 650-1200V - כולל כלי רכב חשמליים ואנרגיה מתחדשת, למשל.

לראשונה, imec ו-Aixtron הדגימו צמיחה אפיטקסיאלית של שכבות חיץ של GaN המוסמכות ליישומי 1200V על מצעים של 200 מ"מ QST (בעובי תקן SEMI) ב-25°C ו-150°C, עם פירוק קשה העולה על 1800V.

גרפיקה: זרם זליגת חיץ אנכי קדימה נמדד על 1200V GaN-on-QST בשתי טמפרטורות שונות: (משמאל) 25°C ו-(ימין) 150°C. מאגר ה-1200V של Imec מציג זרם דליפה אנכי מתחת ל-1µA/mm2 ב-25°C ומתחת ל-10µA/mm2 ב-150°C עד 1200V עם תקלה העולה על 1800V הן ב-25°C והן ב-150°C, מה שהופך אותו למתאים לעיבוד של התקני 1200V.

"GaN יכולה כעת להפוך לטכנולוגיה המועדפת עבור מגוון שלם של מתחי הפעלה מ-20V עד 1200V", אומר דניס מרקון, מנהל פיתוח עסקי בכיר ב-imec. "בהיותה ניתנת לעיבוד על פרוסות גדולות יותר במעבדי CMOS בעלי תפוקה גבוהה, טכנולוגיית הספק המבוססת על GaN מציעה יתרון משמעותי בעלויות בהשוואה לטכנולוגיה מבוססת SiC היקרה באופן מהותי."

המפתח להשגת מתח התפרקות גבוה הוא הנדסה קפדנית של ערימת החומר האפיטקסיאלית המורכבת בשילוב עם שימוש במצעים של 200 מ"מ QST, המבוצעים במסגרת תוכנית השיתוף בתעשייה של Imec (IIAP). מצעי ה-QST הידידותיים ל-CMOS מבית Qromis Inc מסנטה קלרה, קליפורניה, ארה”ב הם בעלי התרחבות תרמית התואמת היטב את ההתרחבות התרמית של השכבות האפיטקסיאליות GaN/AlGaN, וסוללת את הדרך לשכבות חיץ עבות יותר – ומכאן לפעולה במתח גבוה יותר.

"הפיתוח המוצלח של טכנולוגיית 1200V GaN-on-QST epi של imec לתוך כור ה-MOCVD של Aixtron הוא השלב הבא בשיתוף הפעולה שלנו עם imec", אומר המנכ"ל והנשיא של Aixtron, ד"ר פליקס גראוורט. "קודם לכן, לאחר שהתקינו את Aixtron G5+ C במתקנים של imec, טכנולוגיית החומרים הקניינית של imec 200 מ"מ GaN-on-Si הוסמכה על פלטפורמת הייצור שלנו בנפח גבוה G5+ C, מכוונת למשל למיתוג מתח גבוה ויישומי RF ומאפשרת ללקוח שלנו להשיג עליית ייצור מהירה על ידי מתכוני אפי זמינים מאומתים מראש", הוא מוסיף. "עם ההישג החדש הזה, נוכל להיכנס יחד לשווקים חדשים".

נכון לעכשיו, התקני מצב אלקטרוני לרוחב עוברים עיבוד כדי להוכיח את ביצועי המכשיר ב-1200V, ונמשכים מאמצים להרחיב את הטכנולוגיה ליישומי מתח גבוה אף יותר. לצד זה, imec בוחנת גם התקני GaN אנכיים בגודל 8 אינץ' GaN-on-QST כדי להרחיב עוד יותר את טווח המתח והזרם של טכנולוגיה מבוססת GaN.

ראה פריטים קשורים:

Imec ו-Qromis מציגים p-GaN HEMTs על מצעים 200 מ"מ תואמים CTE

תגיות: IMEC אייקסטרון MOCVD גאון און סי

בקרו באתר: www.aixtron.com

בקרו באתר: www.imec.be

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