Imec y AIXTRON presentan epitaxia de GaN de 200 mm en AIX G5+ C para aplicaciones de 1200 V con una ruptura por encima de 1800 V

Corriente de fuga de buffer vertical en dirección de paso, medida en 1200V GaN-on-QST® a dos temperaturas diferentes: (izquierda) 25°C y (derecha) 150°C. El buffer de 1200V de Imec muestra una corriente de fuga vertical por debajo de 1µA/mm² a 25°C y por debajo de 10µA/mm² a 150°C hasta 1200V, con una ruptura por encima de 1800V tanto a 25°C como a 150°C, lo que lo hace adecuado para el procesamiento de componentes de 1200V. / Corriente de fuga de buffer frontal vertical medida en 1200V GaN-on-QST® a dos temperaturas diferentes: (izquierda) 25°C y (derecha) 150°C. El buffer de 1200V de Imec muestra una corriente de fuga vertical por debajo de 1µA/mm² a 25°C y por debajo de 10µA/mm² a 150°C hasta 1200V, con una ruptura por encima de 1800V tanto a 25°C como a 150°C, lo que lo hace adecuado para el procesamiento de dispositivos de 1200V.

Imec, un centro de investigación e innovación líder en el mundo en nanoelectrónica y tecnologías digitales, y AIXTRON, el principal proveedor de sistemas de recubrimiento para materiales semiconductores de unión, han presentado el crecimiento epitaxial de capas de amortiguamiento de nitruro de galio (GaN), cualificadas para aplicaciones de 1200V en sustratos QST® de 200 mm y que presentan una ruptura dura por encima de 1800V. La fabricación de capas amortiguadoras cualificadas para 1200V abre la puerta a aplicaciones de potencia basadas en GaN con tensiones muy altas, como los coches eléctricos, que hasta ahora solo eran posibles con tecnología basada en carburo de silicio (SiC). El resultado llega tras la exitosa cualificación de la planta automática G5+ C de AIXTRON para la deposición de fase de gases químicos metáorganicos (MOCVD) en imec, Bélgica, para la integración de la pila de material epitaxial optimizada.

Los materiales de banda ancha ancha, el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC), se han establecido como semiconductores de la próxima generación para aplicaciones de alta potencia, donde el silicio (Si) no es suficiente. La tecnología basada en SiC es la más avanzada, pero también la más costosa. A lo largo de los años, se han logrado avances enormes en la tecnología basada en GaN, que por ejemplo se ha crecido sobre obleas de Si de 200 mm. En imec, se han demostrado transistores de alta movilidad de electrones en modo mejora (HEMTs) y diodos Schottky cualificados para tensiones de operación de 100V, 200V y 650V, lo que allanó el camino para aplicaciones en producción en serie. Sin embargo, alcanzar tensiones de operación superiores a 650 V se ha visto dificultado por la dificultad de producir capas amortiguadoras de GaN suficientemente gruesas sobre obleas de 200 mm. Por lo tanto, hasta ahora, el SiC sigue siendo el semiconductor preferido para aplicaciones de 650-1200V, como los coches eléctricos y las energías renovables.

Por primera vez, imec y AIXTRON han demostrado el crecimiento epitaxial de capas amortiguadoras de GaN cualificadas para aplicaciones de 1200V en sustratos QST® de 200 mm (en grosor estándar SEMI) a 25°C y 150°C, con una ruptura dura por encima de 1800V. Denis Marcon, gerente senior de desarrollo de negocio en imec: "El GaN ahora puede convertirse en la tecnología preferida para un rango completo de tensiones de 20V a 1200V. Dado que esta tecnología puede procesarse en obleas más grandes en fábricas CMOS con alto rendimiento, la tecnología de potencia basada en GaN ofrece una ventaja de coste significativa frente a la tecnología basada en SiC, que es más cara por sistema."

La clave para alcanzar la alta tensión de ruptura es la ingeniería cuidadosa de la pila de material epitaxial compleja en combinación con el uso de sustratos QST® de 200 mm, que se llevaron a cabo en el marco del programa IIAP. Los sustratos QST® de Qromis, compatibles con fábricas CMOS, tienen una tasa de expansión térmica que coincide estrechamente con la de las capas epitaxiales de GaN/AlGaN, lo que allana el camino para capas amortiguadoras más gruesas y, por tanto, para operar a tensiones más altas.

El Dr. Felix Grawert, CEO y presidente de AIXTRON: "El desarrollo exitoso de la tecnología epitaxial de GaN-on-QST® de 1200V de imec en el reactor MOCVD de AIXTRON es otro paso en nuestra colaboración con imec. Anteriormente, tras la instalación de la G5+C de AIXTRON en imec, se cualificó la tecnología propietaria de materiales de GaN-on-Si de 200 mm de imec en nuestra plataforma de producción en volumen G5+ C. Esta tecnología está dirigida, por ejemplo, a aplicaciones de conmutación de alta tensión y RF, y permite a los clientes un rápido escalado de producción mediante recetas epitaxiales prevalidada y disponible. Con este nuevo desarrollo, podremos explorar juntos nuevos mercados." Actualmente, se están procesando bloques laterales en modo E para demostrar la capacidad de rendimiento del bloque a 1200 V, y se trabaja en ampliar la tecnología a aplicaciones de tensión aún más alta. Además, imec también investiga dispositivos verticales de GaN en QST® de 8 pulgadas para ampliar aún más el rango de tensión y corriente de la tecnología basada en GaN.