Imec i Aixtron demo 200mm GaN epi na AIX G5+ C dla aplikacji 1200V z awarią powyżej 1800V

News: Microelectronics

29 kwietnia 2021

Centrum badawcze nanoelektroniki imec z Leuven w Belgii oraz producent sprzętu do osadzania Aixtron SE z Herzogenrath niedaleko Akwizgranu w Niemczech zademonstrowali epitaksjalny wzrost warstw buforowych z azotku galu (GaN) zakwalifikowanych do zastosowań 1200 V na podłożach QST 200 mm, z twardym przebiciem przekraczającym 1800 V. Uważa się, że możliwości produkcyjne warstw buforowych kwalifikowanych do napięcia 1200 V otwierają drzwi do zastosowań zasilających opartych na GaN o najwyższym napięciu, takich jak pojazdy elektryczne (EV), wcześniej tylko z wykonalną technologią opartą na węgliku krzemu (SiC). Wynik uzyskano po zakwalifikowaniu w pełni zautomatyzowanego reaktora metaloorganicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej (MOCVD) firmy Aixtron G5+ C w firmie imec w celu zintegrowania zoptymalizowanego materiału epi-stack.

Materiały GaN i SiC o szerokim paśmie wzbronionym dowiodły swojej wartości jako półprzewodników nowej generacji do zastosowań wymagających dużej mocy, w których krzem jest niewystarczający. Technologia oparta na SiC jest najbardziej dojrzała, ale jest też droższa. Na przestrzeni lat poczyniono ogromne postępy, na przykład w technologii opartej na GaN, wyhodowanej na płytkach krzemowych o średnicy 200 mm. Firma imec zademonstrowała kwalifikowane tranzystory o wysokiej ruchliwości elektronów (HEMT) w trybie ulepszania i urządzenia zasilające z diodami Schottky'ego dla zakresów napięć roboczych 100 V, 200 V i 650 V, torując drogę do zastosowań produkcyjnych na dużą skalę. Jednak osiągnięcie napięć roboczych wyższych niż 650 V było trudne ze względu na trudność w wyhodowaniu wystarczająco grubych warstw buforowych GaN na płytkach 200 mm. Dlatego SiC jak dotąd pozostaje półprzewodnikiem z wyboru w zastosowaniach 650-1200 V – w tym na przykład w pojazdach elektrycznych i energii odnawialnej.

Po raz pierwszy firmy imec i Aixtron wykazały epitaksjalny wzrost warstw buforowych GaN kwalifikujących się do zastosowań 1200 V na podłożach QST o grubości 200 mm (o standardowej grubości SEMI) w temperaturze 25°C i 150°C, z twardym przebiciem przekraczającym 1800 V.

Grafika: Pionowy prąd upływu bufora do przodu zmierzony na 1200 V GaN-on-QST w dwóch różnych temperaturach: (po lewej) 25°C i (po prawej) 150°C. Bufor Imec 1200V pokazuje pionowy prąd upływu poniżej 1µA/mm2 przy 25°C i poniżej 10µA/mm2 przy 150°C do 1200V z przebiciem powyżej 1800V zarówno przy 25°C jak i 150°C, dzięki czemu nadaje się do obróbki urządzeń 1200V.

„GaN może teraz stać się preferowaną technologią dla całego zakresu napięć roboczych od 20 V do 1200 V” — mówi Denis Marcon, starszy kierownik ds. rozwoju biznesu w firmie imec. „Będąc przetwarzalnym na większych płytkach w wysokowydajnych fabrykach CMOS, technologia zasilania oparta na GaN oferuje znaczną przewagę kosztową w porównaniu z samoistnie kosztowną technologią opartą na SiC”.

Kluczem do osiągnięcia wysokiego napięcia przebicia jest staranne zaprojektowanie złożonego stosu materiałów epitaksjalnych w połączeniu z zastosowaniem substratów QST o grubości 200 mm, realizowanych w ramach programu Imec Industry Affiliation Program (IIAP). Przyjazne dla CMOS substraty QST firmy Qromis Inc z Santa Clara, Kalifornia, USA mają rozszerzalność cieplną, która ściśle odpowiada rozszerzalności cieplnej warstw epitaksjalnych GaN/AlGaN, torując drogę dla grubszych warstw buforowych – a tym samym pracy przy wyższym napięciu.

„Udany rozwój technologii epi 1200 V GaN-on-QST firmy imec w reaktorze MOCVD firmy Aixtron to kolejny krok w naszej współpracy z firmą imec”, mówi dyrektor generalny i prezes firmy Aixtron, dr Felix Grawert. „Wcześniej, po zainstalowaniu Aixtron G5+ C w obiektach imec, zastrzeżona technologia materiałów GaN-on-Si firmy imec 200 mm została zakwalifikowana na naszej wysokoseryjnej platformie produkcyjnej G5+ C, ukierunkowanej na przykład na przełączanie zasilania wysokiego napięcia i zastosowania RF oraz umożliwiając naszemu klientowi osiągnięcie szybkiego wzrostu produkcji dzięki wstępnie zatwierdzonym dostępnym recepturom epi”, dodaje. „Dzięki temu nowemu osiągnięciu będziemy mogli wspólnie wejść na nowe rynki”.

Obecnie przetwarzane są boczne urządzenia w trybie elektronicznym, aby udowodnić wydajność urządzenia przy napięciu 1200 V, i trwają wysiłki w celu rozszerzenia technologii w celu zastosowania w jeszcze wyższych napięciach. Oprócz tego imec bada również 8-calowe pionowe urządzenia GaN-na-QST, aby jeszcze bardziej rozszerzyć zakres napięcia i prądu technologii opartej na GaN.

Zobacz powiązane elementy:

Imec i Qromis przedstawiają p-GaN HEMT na podłożach dopasowanych do CTE 200 mm

tagi: IMEC Aixtron MOCVD GaN-na-Si

Odwiedź: www.aixtron.pl

Odwiedź: www.imec.be

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