Imec a AIXTRON představují 200mm GaN epitaxi na AIX G5+ C pro 1200V aplikace s přepětím při více než 1800 V

Vertikální proud úniku v přechodové oblasti v průchodném směru, měřený na 1200V GaN-on-QST® při dvou různých teplotách: (vlevo) 25°C a (vpravo) 150°C. Pufr od Imecu s hodnotou 1200V vykazuje vertikální proud úniku pod 1µA/mm² při 25°C a pod 10µA/mm² při 150°C až do 1200V s přechodem nad 1800V jak při 25°C, tak při 150°C, což ho činí vhodným pro zpracování zařízení s napětím 1200V.

Imec, globálně vedoucí výzkumné a inovační centrum pro nanoelektroniku a digitální technologie, a AIXTRON, přední dodavatel zařízení pro povlakování pro spojité polovodičové materiály, představily epitaxní růst GaN (galium nitrid) vrstvy, která je kvalifikována pro aplikace 1200V na 200mm QST® substrátech a vykazuje tvrdý průraz nad 1800V. Výroba vrstvy s kvalifikací pro 1200V otevírá dveře k výkonovým aplikacím založeným na GaN s nejvyššími napětími, jako jsou například elektromobily, které dosud byly možné pouze s technologií založenou na karbidu křemíku (SiC). Výsledek přichází po úspěšné kvalifikaci plně automatické zařízení G5+ C od AIXTRON pro metalorganickou chemickou vapour deposition (MOCVD) v imec, Belgie, pro integraci optimalizovaného materiálového epi-skládaného vrstvení.

Materiály s širokou zakázanou pásmou, galium nitrid (GaN) a křemíkový karbid (SiC), se ukázaly jako polovodiče příští generace pro aplikace s vysokým výkonem, kde nestačí křemík (Si). Technologie založená na SiC je nejvyspělejší, ale také nejdražší. Během let byly zaznamenány obrovské pokroky v technologii založené na GaN, například na 200mm Si waferech. V imec byly demonstrovány kvalifikované enhancement-mode high-electron-mobility transistory (HEMTs) a Schottky diody pro provozní napětí 100V, 200V a 650V, což otevřelo cestu k sériové výrobě. Dosáhnout provozního napětí nad 650 V však ztěžovalo vytváření dostatečně silných GaN vrstvy jako buffer na 200mm waferech. Proto je zatím SiC stále preferovaným polovodičem pro aplikace od 650 do 1200V – například elektromobily a obnovitelné zdroje energie.

Poprvé představily imec a AIXTRON epitaxní růst GaN buffer vrstev, kvalifikovaných pro aplikace 1200V, na 200mm QST® (v SEMI-standardní tloušťce) substrátech při 25°C a 150°C s tvrdým průrazem nad 1800V. Denis Marcon, senior business development manager v imec: "GaN se nyní může stát technologií volby pro celé spektrum provozních napětí od 20V do 1200V. Protože tato technologie může být zpracována na větších waferech v CMOS továrnách s vysokou průchodností, nabízí GaN založená výkonová technologie významnou nákladovou výhodu oproti systémově drahým technologiím založeným na SiC."

Klíčem k dosažení vysokého průrazu je pečlivé inženýrství složitého epitaxního materiálového skládání v kombinaci s použitím 200mm QST® substrátů, které byly realizovány v rámci programu IIAP. CMOS šetrné QST® substráty od Qromis mají teplotní roztažnost, která je úzce spjata s roztažností GaN/AlGaN epi vrstev, což umožňuje vytváření silnějších buffer vrstev – a tím provoz s vyššími napětími.

Dr. Felix Grawert, CEO a prezident AIXTRON: "Úspěšný vývoj imecova 1200V GaN-on-QST® epi technologie v AIXTRONově MOCVD reaktoru je dalším krokem v naší spolupráci s imec. Předtím, po instalaci G5+C od AIXTRON v imec, byla kvalifikována proprietární technologie GaN-on-Si na 200mm materiálech na naší vysokovýkonné výrobní platformě G5+ C. Tato technologie je zaměřena například na vysokonapěťové spínací a RF aplikace a umožňuje zákazníkům rychlý rozjezd výroby díky předem validovaným epi-receptům. S tímto novým vývojem budeme schopni společně proniknout na nové trhy." Momentálně se zpracovávají laterální E-mode bloky k ověření výkonu při 1200V a pracuje se na rozšíření technologie na ještě vyšší napětí. Vedle toho imec také zkoumá 8palcové GaN-on-QST® vertikální GaN prvky, aby dále rozšířilo rozsah napětí a proudu GaN technologie.