Imec e Aixtron demonstram 200mm GaN epi em AIX G5 + C para aplicações de 1200V com quebra acima de 1800V

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29 de Abril de 2021

O centro de pesquisa de nanoeletrônica imec de Leuven, Bélgica e o fabricante de equipamentos de deposição Aixtron SE de Herzogenrath, perto de Aachen, Alemanha demonstraram crescimento epitaxial de camadas tampão de nitreto de gálio (GaN) qualificadas para aplicações de 1200V em substratos QST de 200mm, com uma quebra dura superior a 1800V. Acredita-se que a capacidade de fabricação de camadas de buffer qualificadas para 1200 V abre portas para as aplicações de energia baseadas em GaN de mais alta tensão, como veículos elétricos (EV), anteriormente apenas com tecnologia baseada em carboneto de silício (SiC) viável. O resultado vem após a qualificação do reator de deposição de vapor químico metal-orgânico (MOCVD) G5+ C totalmente automatizado da Aixtron no imec para integrar o material otimizado epi-stack.

Os materiais GaN e SiC de largura de banda larga provaram seu valor como semicondutores de próxima geração para aplicações que exigem energia, onde o silício é insuficiente. A tecnologia baseada em SiC é a mais madura, mas também é mais cara. Ao longo dos anos, um grande progresso foi feito com a tecnologia baseada em GaN desenvolvida em wafers de silício de 200 mm, por exemplo. No imec, transistores de alta mobilidade eletrônica (HEMTs) qualificados e dispositivos de potência de diodo Schottky foram demonstrados para faixas de tensão operacional de 100 V, 200 V e 650 V, abrindo caminho para aplicações de fabricação de alto volume. No entanto, atingir tensões operacionais superiores a 650 V foi desafiado pela dificuldade de cultivar camadas de buffer de GaN espessas o suficiente em wafers de 200 mm. Portanto, o SiC até agora continua sendo o semicondutor de escolha para aplicações de 650-1200 V – incluindo veículos elétricos e energia renovável, por exemplo.

Pela primeira vez, imec e Aixtron demonstraram crescimento epitaxial de camadas tampão de GaN qualificadas para aplicações de 1200 V em substratos QST de 200 mm (em espessura padrão SEMI) a 25°C e 150°C, com uma quebra dura superior a 1800V.

Gráfico: Corrente de fuga do buffer direto vertical medida em 1200 V GaN-on-QST em duas temperaturas diferentes: (esquerda) 25°C e (direita) 150°C. O buffer de 1200 V do Imec mostra corrente de fuga vertical abaixo de 1µA/mm2 a 25°C e abaixo de 10µA/mm2 a 150°C até 1200V com uma quebra superior a 1800V tanto a 25°C como a 150°C, tornando-o adequado para o processamento de dispositivos de 1200V.

“GaN agora pode se tornar a tecnologia de escolha para toda uma gama de tensões operacionais de 20 V a 1200 V”, diz Denis Marcon, gerente sênior de desenvolvimento de negócios da imec. “Sendo processável em wafers maiores em fábricas CMOS de alto rendimento, a tecnologia de energia baseada em GaN oferece uma vantagem de custo significativa em comparação com a tecnologia baseada em SiC intrinsecamente cara.”

A chave para alcançar a alta tensão de ruptura é a engenharia cuidadosa da complexa pilha de material epitaxial em combinação com o uso de substratos QST de 200 mm, executados no escopo do Imec Industry Affiliation Program (IIAP). Os substratos CMOS-fab QST da Qromis Inc de Santa Clara, CA, EUA têm uma expansão térmica que se aproxima da expansão térmica das camadas epitaxiais de GaN/AlGaN, abrindo caminho para camadas de buffer mais espessas - e, portanto, operação de alta tensão.

“O desenvolvimento bem-sucedido da tecnologia epi 1200V GaN-on-QST da imec no reator MOCVD da Aixtron é o próximo passo em nossa colaboração com a imec”, disse o CEO e presidente da Aixtron, Dr. Felix Grawert. “Anteriormente, depois de instalar o Aixtron G5+ C nas instalações da imec, a tecnologia de materiais GaN-on-Si de 200 mm proprietária da imec foi qualificada em nossa plataforma de fabricação de alto volume G5+ C, visando, por exemplo, comutação de energia de alta tensão e aplicações de RF e permitindo que nossos clientes para obter um aumento rápido da produção por receitas epi disponíveis pré-validadas”, acrescenta ele. “Com esta nova conquista, seremos capazes de explorar novos mercados em conjunto.”

Atualmente, os dispositivos de modo eletrônico lateral estão sendo processados ​​para comprovar o desempenho do dispositivo em 1200 V, e esforços estão em andamento para estender a tecnologia para aplicações de tensão ainda mais alta. Além disso, a imec também está explorando dispositivos GaN verticais GaN-on-QST de 8 polegadas para ampliar ainda mais a faixa de tensão e corrente da tecnologia baseada em GaN.

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