Imec และ Aixtron สาธิต 200mm GaN epi บน AIX G5 + C สำหรับแอพพลิเคชั่น 1200V ที่มีรายละเอียดมากกว่า 1800V

ข่าว: อิเล็กทรอนิคขนาดเล็ก

29 เมษายน 2021

ศูนย์วิจัยนาโนอิเล็กทรอนิกส์ imec ในเมืองเลอเวน ประเทศเบลเยียม และผู้ผลิตอุปกรณ์สะสม Aixtron SE ในเมือง Herzogenrath ใกล้เมืองอาเค่น ประเทศเยอรมนี ได้แสดงให้เห็นการเจริญเติบโตของชั้นเยื่อบุผิวของชั้นบัฟเฟอร์แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ซึ่งมีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการใช้งาน 1200V บนพื้นผิว QST ขนาด 200 มม. โดยมีการแยกย่อยอย่างหนักเกิน 1800V ความสามารถในการผลิตของชั้นบัฟเฟอร์ที่ผ่านการรับรอง 1200V ถือเป็นการเปิดประตูสู่การใช้งานด้านพลังงานที่ใช้ GaN แรงดันไฟฟ้าสูงสุด เช่น รถยนต์ไฟฟ้า (EV) ซึ่งก่อนหน้านี้ใช้เทคโนโลยีซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่เป็นไปได้เท่านั้น ผลลัพธ์เกิดขึ้นหลังจากคุณสมบัติของเครื่องปฏิกรณ์สะสมไอสารเคมีอินทรีย์โลหะและอินทรีย์ (MOCVD) G5+ C ของ Aixtron ที่ imec เพื่อบูรณาการ epi-stack ของวัสดุที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพแล้ว

วัสดุแถบความถี่กว้าง GaN และ SiC ได้พิสูจน์คุณค่าของพวกเขาในฐานะเซมิคอนดักเตอร์ยุคใหม่สำหรับการใช้งานที่ต้องการพลังงานซึ่งซิลิคอนขาดตลาด เทคโนโลยีที่ใช้ SiC นั้นมีความเป็นผู้ใหญ่มากที่สุด แต่ก็มีราคาแพงกว่าเช่นกัน ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามีความก้าวหน้าอย่างมากด้วยเทคโนโลยีที่ใช้ GaN ซึ่งปลูกบนเวเฟอร์ซิลิคอนขนาด 200 มม. เป็นต้น ที่ imec มีการสาธิตทรานซิสเตอร์เคลื่อนที่อิเล็กตรอนสูง (HEMT) ในโหมดเพิ่มประสิทธิภาพที่ผ่านการรับรอง และอุปกรณ์พลังงานไดโอดชอตกีสำหรับช่วงแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน 100V, 200V และ 650V ซึ่งปูทางไปสู่การใช้งานด้านการผลิตที่มีปริมาณมาก อย่างไรก็ตาม การบรรลุแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่สูงกว่า 650V ได้รับการท้าทายจากความยากลำบากในการเพิ่มชั้นบัฟเฟอร์ GaN ที่หนาเพียงพอบนเวเฟอร์ขนาด 200 มม. ดังนั้นจนถึงขณะนี้ SiC ยังคงเป็นเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการใช้งาน 650-1200V ซึ่งรวมถึงรถยนต์ไฟฟ้าและพลังงานหมุนเวียน เป็นต้น

เป็นครั้งแรกที่ imec และ Aixtron ได้แสดงให้เห็นการเติบโตของชั้นเยื่อบุผิวของชั้นบัฟเฟอร์ GaN ที่มีคุณสมบัติสำหรับการใช้งาน 1200V บนซับสเตรต 200 มม. QST (ในความหนามาตรฐาน SEMI) ที่อุณหภูมิ 25°C และ 150°C โดยมีการแยกย่อยอย่างหนักเกิน 1800V

กราฟิก: กระแสรั่วไหลของบัฟเฟอร์ไปข้างหน้าในแนวตั้งวัดด้วย 1200V GaN-on-QST ที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันสองแบบ: (ซ้าย) 25°C และ (ขวา) 150°C บัฟเฟอร์ 1200V ของ Imec แสดงกระแสรั่วไหลในแนวตั้งต่ำกว่า 1µA/มม2 ที่ 25°C และต่ำกว่า 10µA/มม2 ที่อุณหภูมิ 150°C สูงถึง 1200V โดยมีการแยกส่วนเกิน 1800V ทั้งที่ 25°C และ 150°C ทำให้เหมาะสำหรับการประมวลผลอุปกรณ์ 1200V

“ตอนนี้ GaN สามารถกลายเป็นเทคโนโลยีที่เป็นตัวเลือกสำหรับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานทั้งหมดตั้งแต่ 20V ถึง 1200V” Denis Marcon ผู้จัดการฝ่ายพัฒนาธุรกิจอาวุโสของ imec กล่าว “ด้วยการประมวลผลบนเวเฟอร์ขนาดใหญ่ในโรงงาน CMOS ความเร็วสูง เทคโนโลยีพลังงานที่ใช้ GaN มอบความได้เปรียบด้านต้นทุนที่สำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีที่ใช้ SiC ที่มีราคาแพงอย่างแท้จริง”

กุญแจสำคัญในการบรรลุแรงดันพังทลายสูงคือการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวังของกองวัสดุเอพิแทกเซียลที่ซับซ้อน ร่วมกับการใช้ซับสเตรต QST ขนาด 200 มม. ซึ่งดำเนินการในขอบเขตของ Imec Industry Affiliation Program (IIAP) วัสดุพิมพ์ QST ที่เป็นมิตรต่อ CMOS-fab จาก Qromis Inc. ในเมืองซานตาคลารา รัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา มีการขยายตัวทางความร้อนที่ใกล้เคียงกันกับการขยายตัวทางความร้อนของชั้น epitaxis ของ GaN/AlGaN อย่างใกล้ชิด ซึ่งปูทางไปสู่ชั้นบัฟเฟอร์ที่หนาขึ้น และด้วยเหตุนี้ การทำงานของแรงดันไฟฟ้าจึงสูงขึ้น

“การพัฒนาที่ประสบความสำเร็จของเทคโนโลยี GaN-on-QST epi 1200V ของ imec ให้เป็นเครื่องปฏิกรณ์ MOCVD ของ Aixtron ถือเป็นก้าวต่อไปในความร่วมมือของเรากับ imec” ดร. Felix Grawert ซีอีโอและประธานของ Aixtron กล่าว “ก่อนหน้านี้ หลังจากติดตั้ง Aixtron G5+ C ที่โรงงานของ imec แล้ว เทคโนโลยีวัสดุ GaN-on-Si ขนาด 200 มม. ที่เป็นเอกสิทธิ์ของ imec ก็ผ่านการรับรองบนแพลตฟอร์มการผลิต G5+ C ในปริมาณมากของเรา โดยมีเป้าหมายเช่น การสลับพลังงานไฟฟ้าแรงสูงและแอปพลิเคชัน RF และช่วยให้ลูกค้าของเรา เพื่อให้บรรลุการเพิ่มการผลิตอย่างรวดเร็วด้วยสูตร epi ที่ได้รับการตรวจสอบล่วงหน้าแล้ว” เขากล่าวเสริม “ด้วยความสำเร็จครั้งใหม่นี้ เราจะสามารถเจาะตลาดใหม่ๆ ร่วมกันได้”

ปัจจุบัน อุปกรณ์ e-mode ด้านข้างกำลังได้รับการประมวลผลเพื่อพิสูจน์ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ 1200V และความพยายามอย่างต่อเนื่องเพื่อขยายเทคโนโลยีไปสู่การใช้งานที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า นอกจากนี้ imec ยังสำรวจอุปกรณ์ GaN แนวตั้ง GaN-on-QST ขนาด 8 นิ้ว เพื่อขยายแรงดันไฟฟ้าและช่วงกระแสของเทคโนโลยีที่ใช้ GaN ต่อไป

ดูรายการที่เกี่ยวข้อง:

Imec และ Qromis นำเสนอ p-GaN HEMTs บนพื้นผิวที่เข้าคู่กับ CTE ขนาด 200 มม.

คีย์เวิร์ด: ไอเมค เอกซ์ตรอน เอ็มโอซีวีดี กาน-ออน-ซิ

เยี่ยม: www.aixtron.com

เยี่ยม: www.imec.be

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