200V 이상의 고장이 있는 5V 애플리케이션을 위한 AIX G1200+ C의 Imec 및 Aixtron 데모 1800mm GaN Epi

플라톤에 의해 재발행

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29 4월 2021

벨기에 루벤의 나노전자 연구 센터 imec과 독일 Aachen 근처의 Herzogenrath의 증착 장비 제조업체 Aixtron SE는 1200V를 초과하는 하드 브레이크다운과 함께 200mm QST 기판에서 1800V 애플리케이션에 적합한 질화갈륨(GaN) 버퍼 층의 에피택셜 성장을 시연했습니다. 1200V 인증 버퍼 층의 제조 가능성은 이전에는 실행 가능한 탄화규소(SiC) 기반 기술로만 가능했던 전기 자동차(EV)와 같은 최고 전압 GaN 기반 전력 애플리케이션에 대한 문을 여는 것으로 간주됩니다. 그 결과는 최적화된 재료 에피 스택을 통합하기 위해 imec에서 Aixtron의 G5+ C 완전 자동화된 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD) 반응기의 인증을 받은 후 나온 것입니다.

광대역 갭 물질인 GaN 및 SiC는 실리콘이 부족한 전력을 많이 요구하는 애플리케이션을 위한 차세대 반도체로서의 가치를 입증했습니다. SiC 기반 기술은 가장 성숙하지만 더 비쌉니다. 예를 들어, 200mm 실리콘 웨이퍼에서 성장한 GaN 기반 기술은 수년에 걸쳐 큰 발전을 이루었습니다. imec에서는 100V, 200V 및 650V 작동 전압 범위에서 검증된 향상 모드 HEMT(고전자 이동성 트랜지스터) 및 쇼트키 다이오드 전력 장치를 시연하여 대량 제조 응용 분야를 위한 길을 닦았습니다. 그러나 650V보다 높은 작동 전압을 달성하는 것은 200mm 웨이퍼에서 충분히 두꺼운 GaN 버퍼 층을 성장시키는 어려움으로 인해 도전을 받았습니다. 따라서 SiC는 예를 들어 전기 자동차 및 재생 에너지를 포함한 650-1200V 응용 분야에서 지금까지 선택되는 반도체로 남아 있습니다.

imec과 Aixtron은 처음으로 1200°C 및 200°C에서 25V를 초과하는 하드 항복으로 150mm QST(SEMI 표준 두께) 기판에서 1800V 애플리케이션에 적합한 GaN 버퍼 층의 에피택셜 성장을 시연했습니다.

그래픽: (왼쪽) 1200°C 및 (오른쪽) 25°C의 두 가지 온도에서 150V GaN-on-QST에서 측정한 수직 순방향 버퍼 누설 전류. Imec의 1200V 버퍼는 1µA/mm 미만의 수직 누설 전류를 보여줍니다.2 25°C 및 10µA/mm 미만에서2 150°C에서 최대 1200V, 1800°C 및 25°C 모두에서 150V를 초과하는 항복으로 1200V 장치 처리에 적합합니다.

imec의 수석 비즈니스 개발 관리자인 Denis Marcon은 "GaN은 이제 20V에서 1200V까지의 전체 작동 전압 범위에서 선택되는 기술이 될 수 있습니다."라고 말했습니다. "고처리량 CMOS 팹의 더 큰 웨이퍼에서 처리할 수 있는 GaN 기반 전력 기술은 본질적으로 비싼 SiC 기반 기술에 비해 상당한 비용 이점을 제공합니다."

높은 항복 전압을 달성하기 위한 핵심은 200mm QST 기판 사용과 함께 복잡한 에피택셜 재료 스택을 신중하게 엔지니어링하는 것이며, 이는 IIAP(Imec Industry Affiliation Program)의 범위에서 실행됩니다. 미국 캘리포니아주 산타클라라에 소재한 Qromis Inc의 CMOS 팹 친화적인 QST 기판은 GaN/AlGaN 에피택셜 층의 열팽창과 거의 일치하는 열팽창을 가지고 있어 더 두꺼운 버퍼 층을 위한 길을 열어줌으로써 더 높은 전압 작동을 가능하게 합니다.

Aixtron의 CEO이자 사장인 Felix Grawert 박사는 “imec의 1200V GaN-on-QST epi 기술을 Aixtron의 MOCVD 반응기로 성공적으로 개발한 것은 imec과의 협력의 다음 단계입니다. “이전에 imec의 시설에 Aixtron G5+ C를 설치한 후 imec의 독점적인 200mm GaN-on-Si 재료 기술은 예를 들어 고전압 전력 스위칭 및 RF 애플리케이션을 대상으로 하고 고객을 가능하게 하는 G5+ C 대량 제조 플랫폼에서 인증되었습니다. 사전 검증된 사용 가능한 에피 레시피로 신속한 생산 증가를 달성하기 위해”라고 덧붙였습니다. “이번 성과로 우리는 공동으로 새로운 시장을 개척할 수 있을 것입니다.”

현재 측면 e-모드 장치는 1200V에서 장치 성능을 입증하기 위해 처리되고 있으며 더 높은 전압 애플리케이션으로 기술을 확장하기 위한 노력이 진행 중입니다. 그 다음으로 imec은 GaN 기반 기술의 전압 및 전류 범위를 더욱 확장하기 위해 8인치 GaN-on-QST 수직 GaN 장치를 탐색하고 있습니다.