Imec και Aixtron demo 200mm GaN epi σε AIX G5+ C για εφαρμογές 1200V με βλάβη πάνω από 1800V

Ειδήσεις: Μικροηλεκτρονική

29 2021 Απρίλιο

Το ερευνητικό κέντρο νανοηλεκτρονικής imec του Leuven του Βελγίου και η εταιρεία κατασκευής εξοπλισμού εναπόθεσης Aixtron SE του Herzogenrath, κοντά στο Άαχεν, Γερμανίας έχουν επιδείξει επιταξιακή ανάπτυξη στρώσεων ρυθμιστικού νιτριδίου του γαλλίου (GaN) που πληρούν τις προϋποθέσεις για εφαρμογές 1200V σε υποστρώματα QST 200mm, με σκληρή διάσπαση που υπερβαίνει το 1800V. Η δυνατότητα κατασκευής των στρώσεων απομόνωσης 1200V θεωρείται ότι ανοίγει τις πόρτες στις εφαρμογές ισχύος με βάση το GaN υψηλότερης τάσης, όπως τα ηλεκτρικά οχήματα (EV), στο παρελθόν μόνο με εφικτή τεχνολογία βασισμένη στο καρβίδιο του πυριτίου (SiC). Το αποτέλεσμα έρχεται μετά την πιστοποίηση του πλήρως αυτοματοποιημένου αντιδραστήρα εναπόθεσης ατμών μετάλλων-οργανικών χημικών ατμών (MOCVD) της Aixtron G5+ C στο imec για την ενσωμάτωση της βελτιστοποιημένης στοίβας υλικών.

Τα υλικά ευρείας ζώνης GaN και SiC έχουν αποδείξει την αξία τους ως ημιαγωγοί επόμενης γενιάς για εφαρμογές που απαιτούν ενέργεια, όπου το πυρίτιο υστερεί. Η τεχνολογία που βασίζεται στο SiC είναι η πιο ώριμη, αλλά είναι και πιο ακριβή. Με την πάροδο των ετών έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος με την τεχνολογία βασισμένη στο GaN που αναπτύσσεται σε γκοφρέτες πυριτίου 200 mm, για παράδειγμα. Στην imec, έχουν αποδειχθεί πιστοποιημένα τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων σε λειτουργία βελτίωσης (HEMT) και συσκευές ισχύος διόδου Schottky για εύρη τάσης λειτουργίας 100V, 200V και 650V, ανοίγοντας το δρόμο για εφαρμογές παραγωγής μεγάλου όγκου. Ωστόσο, η επίτευξη τάσεων λειτουργίας υψηλότερες από 650 V έχει αμφισβητηθεί από τη δυσκολία ανάπτυξης στρώσεων buffer GaN με αρκετό πάχος σε γκοφρέτες 200 mm. Ως εκ τούτου, το SiC παραμένει μέχρι στιγμής ο ημιαγωγός επιλογής για εφαρμογές 650-1200V – συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών οχημάτων και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, για παράδειγμα.

Για πρώτη φορά, η imec και η Aixtron επέδειξαν επιταξιακή ανάπτυξη των στρώσεων buffer GaN που πληρούν τις προϋποθέσεις για εφαρμογές 1200V σε υποστρώματα 200mm QST (σε τυπικό πάχος SEMI) στους 25°C και 150°C, με σκληρή διάσπαση που υπερβαίνει τα 1800V.

Γραφικό: Κάθετο προς τα εμπρός ρεύμα διαρροής buffer μετρημένο σε 1200V GaN-on-QST σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες: (αριστερά) 25°C και (δεξιά) 150°C. Το buffer 1200V της Imec δείχνει κάθετο ρεύμα διαρροής κάτω από 1µA/mm2 στους 25°C και κάτω από 10 µA/mm2 στους 150°C έως 1200V με διακοπή άνω των 1800V τόσο στους 25°C όσο και στους 150°C, καθιστώντας το κατάλληλο για επεξεργασία συσκευών 1200V.

«Το GaN μπορεί πλέον να γίνει η τεχνολογία επιλογής για μια ολόκληρη σειρά τάσεων λειτουργίας από 20V έως 1200V», λέει ο Denis Marcon, ανώτερος διευθυντής επιχειρηματικής ανάπτυξης στο imec. «Όντας επεξεργάσιμη σε μεγαλύτερες γκοφρέτες σε υψηλής απόδοσης CMOS fabs, η τεχνολογία ισχύος που βασίζεται στο GaN προσφέρει σημαντικό πλεονέκτημα κόστους σε σύγκριση με την εγγενώς ακριβή τεχνολογία που βασίζεται στο SiC».

Το κλειδί για την επίτευξη της υψηλής τάσης διάσπασης είναι η προσεκτική μηχανική της σύνθετης επιταξιακής στοίβας υλικών σε συνδυασμό με τη χρήση υποστρωμάτων QST 200mm, που εκτελούνται στο πλαίσιο του Προγράμματος Συνεργασίας Βιομηχανίας Imec (IIAP). Τα φιλικά προς το CMOS-fab υποστρώματα QST από την Qromis Inc της Santa Clara, CA, USA έχουν θερμική διαστολή που ταιριάζει πολύ με τη θερμική διαστολή των επιταξιακών στρωμάτων GaN/AlGaN, ανοίγοντας το δρόμο για παχύτερα στρώματα buffer – και ως εκ τούτου λειτουργία υψηλότερης τάσης.

«Η επιτυχημένη ανάπτυξη της τεχνολογίας 1200V GaN-on-QST epi της imec στον αντιδραστήρα MOCVD της Aixtron είναι ένα επόμενο βήμα στη συνεργασία μας με την imec», λέει ο Διευθύνων Σύμβουλος και Πρόεδρος της Aixtron, Dr Felix Grawert. «Νωρίτερα, αφού εγκαταστάθηκε το Aixtron G5+ C στις εγκαταστάσεις της imec, η ιδιόκτητη τεχνολογία υλικών GaN-on-Si 200 mm της imec ήταν πιστοποιημένη στην πλατφόρμα παραγωγής μεγάλου όγκου G5+ C, στοχεύοντας, για παράδειγμα, εφαρμογές μεταγωγής ισχύος υψηλής τάσης και ραδιοσυχνοτήτων και δίνοντας τη δυνατότητα στους πελάτες μας για να επιτευχθεί μια ταχεία αύξηση της παραγωγής με προεπικυρωμένες διαθέσιμες συνταγές epi», προσθέτει. «Με αυτό το νέο επίτευγμα, θα είμαστε σε θέση να αξιοποιήσουμε από κοινού νέες αγορές».

Επί του παρόντος, οι πλευρικές συσκευές e-mode υποβάλλονται σε επεξεργασία για να αποδειχθεί η απόδοση της συσκευής στα 1200V και συνεχίζονται οι προσπάθειες για την επέκταση της τεχνολογίας σε εφαρμογές ακόμη υψηλότερης τάσης. Δίπλα σε αυτό, η imec εξερευνά επίσης κάθετες συσκευές GaN 8 ιντσών GaN-on-QST για να επεκτείνει περαιτέρω το εύρος τάσης και ρεύματος της τεχνολογίας που βασίζεται στο GaN.

Δείτε σχετικά αντικείμενα:

Η Imec και η Qromis παρουσιάζουν p-GaN HEMT σε υποστρώματα 200 mm που ταιριάζουν με CTE

Ετικέτες: IMEC Άξτρα MOCVD GaN-on-Si

Επισκεφθείτε την ιστοσελίδα: www.aixtron.com

Επισκεφθείτε την ιστοσελίδα: www.imec.be

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