Imec och Aixtron demo 200 mm GaN epi på AIX G5 + C för 1200V applikationer med fördelning över 1800V

Nyheter: mikroelektronik

29 April 2021

Nanoelektronikforskningscentret imec i Leuven, Belgien och deponeringsutrustningstillverkaren Aixtron SE i Herzogenrath, nära Aachen, Tyskland har visat epitaxiell tillväxt av galliumnitrid (GaN) buffertlager kvalificerade för 1200V-applikationer på 200mm QST-substrat, med en hård nedbrytning som överstiger 1800V. Tillverkbarheten av 1200V-kvalificerade buffertskikt anses öppna dörrar till GaN-baserade krafttillämpningar med högsta spänning, såsom elfordon (EV), tidigare endast med genomförbar kiselkarbid (SiC)-baserad teknologi. Resultatet kommer efter kvalificering av Aixtrons G5+ C helautomatiska metall-organiska kemiska ångavsättningsreaktor (MOCVD) hos imec för att integrera den optimerade materialet epi-stack.

Material med stort bandgap GaN och SiC har bevisat sitt värde som nästa generations halvledare för effektkrävande applikationer där kisel kommer till korta. SiC-baserad teknik är den mest mogna, men den är också dyrare. Under årens lopp har stora framsteg gjorts med GaN-baserad teknik odlad på 200 mm kiselskivor, till exempel. Hos imec har kvalificerade transistorer med hög elektronmobilitet (HEMT) och Schottky-diodeffektenheter demonstrerats för 100V, 200V och 650V driftspänningsområden, vilket banar väg för tillverkning av stora volymer. Men att uppnå driftsspänningar högre än 650V har utmanats av svårigheten att odla tillräckligt tjocka GaN-buffertlager på 200 mm wafers. Därför är SiC än så länge den valfria halvledaren för 650-1200V-applikationer – inklusive elfordon och förnybar energi, till exempel.

För första gången har imec och Aixtron visat epitaxiell tillväxt av GaN-buffertlager kvalificerade för 1200V-applikationer på 200 mm QST (i SEMI standardtjocklek) substrat vid 25°C och 150°C, med en hård nedbrytning som överstiger 1800V.

Grafik: Vertikal framåt buffertläckström uppmätt på 1200V GaN-on-QST vid två olika temperaturer: (vänster) 25°C och (höger) 150°C. Imecs 1200V buffert visar vertikal läckström under 1µA/mm2 vid 25°C och under 10 µA/mm2 vid 150°C upp till 1200V med ett genombrott på över 1800V både vid 25°C och 150°C, vilket gör den lämplig för bearbetning av 1200V-enheter.

"GaN kan nu bli den valda tekniken för en hel rad driftspänningar från 20V till 1200V", säger Denis Marcon, senior affärsutvecklingschef på imec. "Där det går att bearbeta på större wafers i CMOS-fabriker med hög genomströmning, erbjuder kraftteknik baserad på GaN en betydande kostnadsfördel jämfört med den i sig dyra SiC-baserade tekniken."

Nyckeln till att uppnå den höga genombrottsspänningen är den noggranna konstruktionen av den komplexa epitaxiella materialstapeln i kombination med användningen av 200 mm QST-substrat, utförda inom ramen för Imec Industry Affiliation Program (IIAP). De CMOS-fab-vänliga QST-substraten från Qromis Inc i Santa Clara, CA, USA har en termisk expansion som nära matchar den termiska expansionen av GaN/AlGaN-epitaxiallagren, vilket banar väg för tjockare buffertlager – och därmed högre spänningsdrift.

"Den framgångsrika utvecklingen av imecs 1200V GaN-on-QST epi-teknologi till Aixtrons MOCVD-reaktor är ett nästa steg i vårt samarbete med imec", säger Aixtrons VD och koncernchef Dr Felix Grawert. ”Tidigare, efter att ha installerat Aixtron G5+ C på imecs anläggningar, kvalificerades imecs egenutvecklade 200 mm GaN-on-Si materialteknologi på vår G5+ C-plattform för tillverkning av hög volym, inriktad på till exempel högspänningsströmbrytare och RF-applikationer och möjliggör för våra kunder för att uppnå en snabb produktionsuppgång genom förvaliderade tillgängliga epi-recept”, tillägger han. "Med denna nya prestation kommer vi att gemensamt kunna ta oss in på nya marknader."

För närvarande bearbetas laterala e-mode-enheter för att bevisa enhetens prestanda vid 1200V, och ansträngningar pågår för att utöka tekniken till ännu högre spänningstillämpningar. Utöver detta utforskar imec också 8-tums GaN-on-QST vertikala GaN-enheter för att ytterligare utöka spännings- och strömintervallet för GaN-baserad teknologi.

Se relaterade artiklar:

Imec och Qromis presenterar p-GaN HEMTs på 200 mm CTE-matchade substrat

Taggar: IMEC Aixtron MOCVD GaN-on-Si

Besök: www.aixtron.com

Besök: www.imec.be

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