Imec và Aixtron demo 200mm GaN epi trên AIX G5 + C cho các ứng dụng 1200V với sự cố trên 1800V

Tin tức: Vi điện tử

29 Tháng tư, 2021

Trung tâm nghiên cứu điện tử nano imec của Leuven, Bỉ và nhà sản xuất thiết bị lắng đọng Aixtron SE của Herzogenrath, gần Aachen, Đức đã chứng minh sự tăng trưởng ngoại trục của các lớp đệm gali nitride (GaN) đủ điều kiện cho các ứng dụng 1200V trên chất nền QST 200mm, với khả năng phân hủy mạnh vượt quá 1800V. Khả năng sản xuất của các lớp đệm đủ tiêu chuẩn 1200V được cho là sẽ mở ra cơ hội cho các ứng dụng năng lượng dựa trên GaN có điện áp cao nhất như xe điện (EV), trước đây chỉ có công nghệ dựa trên silicon carbide (SiC) khả thi. Kết quả đạt được sau khi chất lượng của lò phản ứng lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại (MOCVD) hoàn toàn tự động G5+ C của Aixtron tại imec để tích hợp ngăn xếp epi vật liệu được tối ưu hóa.

Các vật liệu có dải rộng GaN và SiC đã chứng tỏ giá trị của chúng như là chất bán dẫn thế hệ tiếp theo cho các ứng dụng đòi hỏi năng lượng khi thiếu silicon. Công nghệ dựa trên SiC là công nghệ trưởng thành nhất, nhưng nó cũng đắt hơn. Ví dụ, trong những năm qua đã có những tiến bộ vượt bậc với công nghệ dựa trên GaN được phát triển trên các tấm bán dẫn silicon 200mm. Tại imec, các bóng bán dẫn độ linh động điện tử cao (HEMT) và thiết bị nguồn đi-ốt Schottky ở chế độ nâng cao đủ tiêu chuẩn đã được chứng minh cho các dải điện áp hoạt động 100V, 200V và 650V, mở đường cho các ứng dụng sản xuất số lượng lớn. Tuy nhiên, việc đạt được điện áp hoạt động cao hơn 650V đã gặp phải thách thức do khó phát triển các lớp đệm GaN đủ dày trên các tấm wafer 200mm. Do đó, SiC cho đến nay vẫn là chất bán dẫn được lựa chọn cho các ứng dụng 650-1200V – chẳng hạn như xe điện và năng lượng tái tạo.

Lần đầu tiên, imec và Aixtron đã chứng minh sự tăng trưởng epiticular của các lớp đệm GaN đủ điều kiện cho các ứng dụng 1200V trên chất nền 200mm QST (độ dày tiêu chuẩn SEMI) ở 25°C và 150°C, với sự phân hủy mạnh vượt quá 1800V.

Đồ họa: Dòng rò bộ đệm thuận chiều dọc được đo trên 1200V GaN-on-QST ở hai nhiệt độ khác nhau: (trái) 25°C và (phải) 150°C. Bộ đệm 1200V của Imec hiển thị dòng rò dọc dưới 1µA/mm2 ở 25°C và dưới 10µA/mm2 ở 150°C lên đến 1200V với sự cố vượt quá 1800V ở cả 25°C và 150°C, làm cho nó phù hợp để xử lý các thiết bị 1200V.

“Giờ đây, GaN có thể trở thành công nghệ được lựa chọn cho toàn bộ dải điện áp hoạt động từ 20V đến 1200V,” Denis Marcon, giám đốc phát triển kinh doanh cấp cao của imec cho biết. “Có thể xử lý được trên các tấm wafer lớn hơn trong các bộ phận CMOS thông lượng cao, công nghệ năng lượng dựa trên GaN mang lại lợi thế đáng kể về chi phí so với công nghệ dựa trên SiC vốn đắt đỏ.”

Chìa khóa để đạt được điện áp đánh thủng cao là kỹ thuật cẩn thận của chồng vật liệu epiticular phức tạp kết hợp với việc sử dụng chất nền QST 200mm, được thực hiện trong phạm vi Chương trình Liên kết Công nghiệp Imec (IIAP). Chất nền QST thân thiện với cấu trúc CMOS của Qromis Inc ở Santa Clara, CA, Hoa Kỳ có độ giãn nở nhiệt gần giống với độ giãn nở nhiệt của các lớp epitaxy GaN/AlGaN, mở đường cho các lớp đệm dày hơn – và do đó hoạt động ở điện áp cao hơn.

“Việc phát triển thành công công nghệ epi 1200V GaN-on-QST của imec vào lò phản ứng MOCVD của Aixtron là một bước tiếp theo trong sự hợp tác của chúng tôi với imec,” Giám đốc điều hành kiêm chủ tịch của Aixtron, Tiến sĩ Felix Grawert cho biết. “Trước đó, sau khi lắp đặt Aixtron G5+ C tại các cơ sở của imec, công nghệ vật liệu GaN-on-Si 200mm độc quyền của imec đã đạt tiêu chuẩn trên nền tảng sản xuất khối lượng lớn G5+ C của chúng tôi, nhắm mục tiêu các ứng dụng RF và chuyển mạch điện áp cao, chẳng hạn và cho phép khách hàng của chúng tôi để đạt được tốc độ sản xuất nhanh chóng bằng các công thức sử thi có sẵn đã được xác thực trước,” ông nói thêm. “Với thành tựu mới này, chúng tôi sẽ có thể cùng nhau khai thác các thị trường mới.”

Hiện tại, các thiết bị chế độ điện tử bên đang được xử lý để chứng minh hiệu suất của thiết bị ở 1200V và các nỗ lực đang tiếp tục mở rộng công nghệ sang các ứng dụng điện áp cao hơn. Bên cạnh đó, imec cũng đang khám phá các thiết bị GaN dọc GaN-on-QST 8 inch để tiếp tục mở rộng điện áp và phạm vi hiện tại của công nghệ dựa trên GaN.

Xem các mục liên quan:

Imec và Qromis trình bày HEMT p-GaN trên chất nền phù hợp với CTE 200mm

tags: IMEC Aixtron MOCVD GaN-on-Si

Truy cập: www.aixtron.com

Truy cập: www.imec.be

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