Imec og Aixtron demo 200 mm GaN epi på AIX G5 + C for 1200V applikasjoner med sammenbrudd over 1800V

Nyheter: Microelectronics

29 april 2021

Nanoelektronikkforskningssenteret imec i Leuven, Belgia og avsetningsutstyrsprodusenten Aixtron SE i Herzogenrath, nær Aachen, Tyskland har demonstrert epitaksial vekst av galliumnitrid (GaN) bufferlag kvalifisert for 1200V-applikasjoner på 200mm QST-substrater, med et hardt sammenbrudd som overstiger 1800V. Produserbarheten av 1200V-kvalifiserte bufferlag regnes for å åpne dører til GaN-baserte kraftapplikasjoner med høy spenning, slik som elektriske kjøretøy (EV), tidligere kun med gjennomførbar silisiumkarbid (SiC)-basert teknologi. Resultatet kommer etter kvalifisering av Aixtrons G5+ C helautomatiserte metall-organiske kjemiske dampavsetning (MOCVD) reaktor hos imec for integrering av den optimaliserte materialet epi-stack.

Materialer med brede båndgap GaN og SiC har bevist sin verdi som neste generasjons halvledere for kraftkrevende applikasjoner der silisium kommer til kort. SiC-basert teknologi er den mest modne, men den er også dyrere. Gjennom årene har det blitt gjort store fremskritt med GaN-basert teknologi dyrket på for eksempel 200 mm silisiumskiver. Hos imec har kvalifiserte høyelektronmobilitetstransistorer (HEMT) og Schottky-diodekraftenheter blitt demonstrert for 100V, 200V og 650V driftsspenningsområder, noe som baner vei for produksjonsapplikasjoner med høyt volum. Å oppnå driftsspenninger høyere enn 650V har imidlertid blitt utfordret av vanskeligheten med å dyrke tykke nok GaN-bufferlag på 200 mm wafere. Derfor er SiC så langt den foretrukne halvlederen for 650-1200V-applikasjoner – inkludert elektriske kjøretøy og fornybar energi, for eksempel.

For første gang har imec og Aixtron demonstrert epitaksial vekst av GaN-bufferlag kvalifisert for 1200V-applikasjoner på 200 mm QST (i SEMI standardtykkelse) substrater ved 25°C og 150°C, med et hardt sammenbrudd som overstiger 1800V.

Grafikk: Vertikal foroverbufferlekkasjestrøm målt på 1200V GaN-on-QST ved to forskjellige temperaturer: (venstre) 25°C og (høyre) 150°C. Imecs 1200V buffer viser vertikal lekkasjestrøm under 1µA/mm2 ved 25°C og under 10 µA/mm2 ved 150°C opp til 1200V med et sammenbrudd på over 1800V både ved 25°C og 150°C, noe som gjør den egnet for behandling av 1200V-enheter.

"GaN kan nå bli den foretrukne teknologien for en hel rekke driftsspenninger fra 20V til 1200V," sier Denis Marcon, senior forretningsutviklingssjef i imec. "Ved å være prosesserbar på større wafere i høykapasitets CMOS-fabrikker, gir kraftteknologi basert på GaN en betydelig kostnadsfordel sammenlignet med den iboende dyre SiC-baserte teknologien."

Nøkkelen til å oppnå den høye sammenbruddsspenningen er nøye utvikling av den komplekse epitaksiale materialstabelen i kombinasjon med bruken av 200 mm QST-substrater, utført innenfor rammen av Imec Industry Affiliation Program (IIAP). De CMOS-fab-vennlige QST-substratene fra Qromis Inc i Santa Clara, CA, USA har en termisk ekspansjon som tett samsvarer med den termiske ekspansjonen til GaN/AlGaN-epitaksiale lagene, og baner vei for tykkere bufferlag – og dermed høyere spenningsdrift.

"Den vellykkede utviklingen av imecs 1200V GaN-on-QST epi-teknologi til Aixtrons MOCVD-reaktor er et neste skritt i vårt samarbeid med imec," sier Aixtrons administrerende direktør og president Dr. Felix Grawert. "Tidligere, etter å ha installert Aixtron G5+ C på imecs anlegg, ble imecs proprietære 200 mm GaN-on-Si materialteknologi kvalifisert på vår G5+ C høyvolumsproduksjonsplattform, rettet mot for eksempel høyspentstrømsvitsjing og RF-applikasjoner og muliggjør kundene våre. for å oppnå en rask produksjonsøkning ved hjelp av forhåndsvaliderte tilgjengelige epi-oppskrifter,” legger han til. "Med denne nye prestasjonen vil vi i fellesskap kunne ta oss inn i nye markeder."

For øyeblikket behandles laterale e-mode-enheter for å bevise enhetens ytelse ved 1200V, og det pågår arbeid for å utvide teknologien mot enda høyere spenningsapplikasjoner. Ved siden av dette utforsker imec også 8-tommers GaN-on-QST vertikale GaN-enheter for ytterligere å utvide spennings- og strømområdet til GaN-basert teknologi.

Se relaterte varer:

Imec og Qromis presenterer p-GaN HEMT-er på 200 mm CTE-matchede underlag

Tags: IMEC Aixtron MOCVD Gan-on-Si

Besøk: www.aixtron.com

Besøk: www.imec.be

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