Imec și Aixtron demo 200 mm GaN epi pe AIX G5+ C pentru aplicații de 1200 V cu defecțiuni de peste 1800 V

Știri: microelectronică

29 aprilie 2021

Centrul de cercetare în nanoelectronică imec din Leuven, Belgia și producătorul de echipamente de depunere Aixtron SE din Herzogenrath, lângă Aachen, Germania, au demonstrat creșterea epitaxială a straturilor tampon de nitrură de galiu (GaN) calificate pentru aplicații de 1200 V pe substraturi QST de 200 mm, cu o defalcare dură de peste 1800 V. Fabricabilitatea straturilor-tampon calificate pentru 1200 V este considerată a deschide ușile către aplicațiile energetice bazate pe GaN de cea mai înaltă tensiune, cum ar fi vehiculele electrice (EV), anterior doar cu o tehnologie fezabilă pe bază de carbură de siliciu (SiC). Rezultatul vine după calificarea reactorului Aixtron G5+ C complet automatizat de depunere în vapori metal-organic (MOCVD) la imec pentru integrarea epistivei optimizate de materiale.

Materialele cu bandă interzisă GaN și SiC și-au dovedit valoarea ca semiconductori de ultimă generație pentru aplicații care necesită putere, în care siliciul este insuficient. Tehnologia bazată pe SiC este cea mai matură, dar este și mai scumpă. De-a lungul anilor, s-au făcut progrese mari cu tehnologia bazată pe GaN crescută pe wafer-uri de siliciu de 200 mm, de exemplu. La imec, au fost demonstrate tranzistori calificați cu mobilitate ridicată a electronilor (HEMT) și dispozitive de alimentare cu diode Schottky pentru intervalele de tensiune de funcționare de 100 V, 200 V și 650 V, deschizând calea pentru aplicații de producție de mare volum. Cu toate acestea, atingerea unor tensiuni de operare mai mari de 650 V a fost provocată de dificultatea creșterii unor straturi tampon GaN suficient de groase pe wafer-uri de 200 mm. Prin urmare, SiC rămâne până acum semiconductorul de alegere pentru aplicațiile de 650-1200 V – inclusiv vehicule electrice și energie regenerabilă, de exemplu.

Pentru prima dată, imec și Aixtron au demonstrat creșterea epitaxială a straturilor tampon GaN calificate pentru aplicații de 1200 V pe substraturi QST de 200 mm (în grosime standard SEMI) la 25 ° C și 150 ° C, cu o defalcare dură care depășește 1800 V.

Grafic: Curentul de scurgere vertical al tamponului direct măsurat pe GaN-on-QST de 1200 V la două temperaturi diferite: (stânga) 25°C și (dreapta) 150°C. Tamponul de 1200V al Imec arată curentul de scurgere vertical sub 1µA/mm2 la 25°C și sub 10µA/mm2 la 150°C până la 1200V cu o întrerupere de peste 1800V atât la 25°C, cât și la 150°C, făcându-l potrivit pentru procesarea dispozitivelor de 1200V.

„GaN poate deveni acum tehnologia de alegere pentru o gamă întreagă de tensiuni de operare de la 20V la 1200V”, spune Denis Marcon, manager senior de dezvoltare comercială la imec. „Fiind procesabilă pe wafer-uri mai mari în fabrici CMOS de mare randament, tehnologia de putere bazată pe GaN oferă un avantaj semnificativ de cost în comparație cu tehnologia intrinsec costisitoare bazată pe SiC.”

Cheia pentru atingerea tensiunii ridicate de avarie este proiectarea atentă a stivei complexe de material epitaxial în combinație cu utilizarea substraturilor QST de 200 mm, executate în cadrul Programului de afiliere a industriei Imec (IIAP). Substraturile QST prietenoase cu CMOS de la Qromis Inc din Santa Clara, CA, SUA au o expansiune termică care se potrivește îndeaproape cu expansiunea termică a straturilor epitaxiale GaN/AlGaN, deschizând calea pentru straturi tampon mai groase și, prin urmare, funcționarea la tensiune mai mare.

„Dezvoltarea cu succes a tehnologiei epi 1200V GaN-on-QST a imec în reactorul MOCVD de la Aixtron este un pas următor în colaborarea noastră cu imec”, spune CEO-ul și președintele Aixtron, dr. Felix Grawert. „Anterior, după ce am instalat Aixtron G5+ C la unitățile imec, tehnologia proprietății imec de materiale GaN-on-Si de 200 mm a fost calificată pe platforma noastră de producție de mare volum G5+ C, vizând, de exemplu, comutarea de înaltă tensiune și aplicațiile RF și permițând clienților noștri pentru a realiza o accelerare rapidă a producției prin rețete epi-validate pre-validate”, adaugă el. „Cu această nouă realizare, vom putea accesa împreună noi piețe.”

În prezent, dispozitivele laterale e-mode sunt procesate pentru a dovedi performanța dispozitivului la 1200V, iar eforturile sunt în desfășurare pentru a extinde tehnologia către aplicații de tensiune și mai mare. Pe lângă aceasta, imec explorează și dispozitive GaN verticale de 8 inchi GaN-on-QST pentru a extinde și mai mult gama de tensiune și curent a tehnologiei bazate pe GaN.

Vezi articole conexe:

Imec și Qromis prezintă p-GaN HEMT pe substraturi potrivite cu CTE de 200 mm

Etichete: IMEC Aixtron MOCVD GaN-on-Si

Vizitați: www.aixtron.com

Vizitați: www.imec.be

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