Imeci ja Aixtroni demo 200 mm GaN epi mudelil AIX G5+ C 1200 V rakenduste jaoks, mille rike on üle 1800 V

Uudised: mikroelektroonika

29 aprill 2021

Belgias Leuvenis asuv nanoelektroonika uurimiskeskus imec ja Saksamaal Aacheni lähedal asuvas Herzogenrathis asuv sadestamisseadmete tootja Aixtron SE on näidanud galliumnitriidi (GaN) puhverkihtide epitaksiaalset kasvu 1200 mm QST substraatidel, mis on kvalifitseeritud 200 V rakendustele, kusjuures kõva rike ületab 1800 V. Arvatakse, et 1200 V kvalifitseeritud puhverkihtide valmistatavus avab uksed kõrgeima pingega GaN-põhistele energiarakendustele, nagu elektrisõidukid (EV), mis varem kasutati ainult teostatavat ränikarbiidil (SiC) põhinevat tehnoloogiat. Tulemus saadakse pärast Aixtroni G5+ C täisautomaatse metall-orgaanilise keemilise aurustamise-sadestamise (MOCVD) reaktori kvalifitseerimist imec-s optimeeritud materjali epi-stack integreerimiseks.

Laia ribalaiusega materjalid GaN ja SiC on tõestanud oma väärtust järgmise põlvkonna pooljuhtidena energianõudlikes rakendustes, kus räni napib. SiC-põhine tehnoloogia on kõige küpsem, kuid see on ka kallim. Aastate jooksul on tehtud suuri edusamme näiteks 200 mm räniplaatidel kasvatatud GaN-põhise tehnoloogiaga. Imec-is on demonstreeritud kvalifitseeritud täiustusrežiimiga suure elektronmobiilsusega transistoreid (HEMT) ja Schottky dioodiga toiteseadmeid 100 V, 200 V ja 650 V tööpingevahemike jaoks, mis sillutab teed suuremahulistele tootmisrakendustele. Siiski on üle 650 V tööpinge saavutamise väljakutseks olnud raskused piisavalt paksude GaN-puhvrikihtide kasvatamisel 200 mm vahvlitel. Seetõttu on SiC siiani eelistatud pooljuht 650–1200 V rakendustes, sealhulgas näiteks elektrisõidukites ja taastuvenergias.

Esimest korda on imec ja Aixtron demonstreerinud GaN puhverkihtide epitaksiaalset kasvu, mis on kvalifitseeritud 1200 V rakendusteks 200 mm QST (SEMI standardpaksusega) substraatidel temperatuuril 25 °C ja 150 °C, kusjuures kõva rike ületab 1800 V.

Graafika: vertikaalse edasisuunalise puhvri lekkevool mõõdetuna 1200 V GaN-on-QST kahel erineval temperatuuril: (vasakul) 25 °C ja (paremal) 150 °C. Imeci 1200 V puhver näitab vertikaalset lekkevoolu alla 1 µA/mm2 temperatuuril 25 °C ja alla 10 µA/mm2 150°C kuni 1200V rikkega üle 1800V nii 25°C kui ka 150°C juures, mistõttu sobib 1200V seadmete töötlemiseks.

"GaN-ist võib nüüd saada valiktehnoloogia paljude tööpingete jaoks vahemikus 20 V kuni 1200 V," ütleb imeci vanem äriarendusjuht Denis Marcon. "Olen töödeldav suurematel vahvlitel suure läbilaskevõimega CMOS-fabides, pakub GaN-il põhinev energiatehnoloogia märkimisväärset kulueelist võrreldes sisuliselt kuluka SiC-põhise tehnoloogiaga."

Kõrge läbilöögipinge saavutamise võti on keeruka epitaksiaalse materjalivirna hoolikas projekteerimine koos 200 mm QST substraatide kasutamisega, mis viiakse läbi Imec Industry Affiliation Program (IIAP) raames. USA-s Santa Claras asuva Qromis Inc. CMOS-sõbralike QST substraatide soojuspaisumine vastab täpselt GaN/AlGaN epitaksiaalsete kihtide soojuspaisumisele, sillutades teed paksematele puhverkihtidele – ja seega ka kõrgema pingega tööle.

"Imeci 1200 V GaN-on-QST epi tehnoloogia edukas arendamine Aixtroni MOCVD reaktoriks on järgmine samm meie koostöös imeciga," ütleb Aixtroni tegevjuht ja president dr Felix Grawert. „Varem, pärast Aixtron G5+ C paigaldamist imeci rajatistesse, kvalifitseeriti imeci patenteeritud 200 mm GaN-on-Si materjalide tehnoloogia meie G5+ C suuremahulisel tootmisplatvormil, mis oli suunatud näiteks kõrgepinge toitelülitus- ja raadiosageduslikele rakendustele ning võimaldas meie kliendil et saavutada kiire tootmise suurendamine eelnevalt kinnitatud saadaolevate epi-retseptide abil,” lisab ta. "Selle uue saavutusega saame ühiselt siseneda uutele turgudele."

Praegu töödeldakse külgmisi e-režiimi seadmeid, et tõestada seadmete jõudlust 1200 V juures, ja tehakse jõupingutusi tehnoloogia laiendamiseks veelgi kõrgema pingega rakendustele. Lisaks sellele uurib imec ka 8-tollisi GaN-on-QST vertikaalseid GaN-seadmeid, et veelgi laiendada GaN-põhise tehnoloogia pinge- ja vooluvahemikku.

Vaadake seotud üksusi:

Imec ja Qromis esitlevad p-GaN HEMT-sid 200 mm CTE-ga sobitatud substraatidel

Sildid: IMEC AIXTRON MOCVD GaN-on-Si

Külasta: www.aixtron.com

Külasta: www.imec.be

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