Imec és az AIXTRON bemutatják a 200 mm-es GaN epitaxiát az AIX G5+ C-en, 1200 V-os alkalmazásokhoz, törésfeszültségnél több mint 1800 V

Vertikális előremeneti puffertöltés áramlása átfolyási irányban, mérve a 1200V GaN-on-QST®-nál két különböző hőmérsékleten: (balra) 25°C és (jobbra) 150°C. Az Imec 1200V-os puffere vertikális szivárgási áramot mutat 25°C-on 1µA/mm2 alatt, és 150°C-on 10µA/mm2 alatt, egészen 1200V-ig, túláradás nélkül több mint 1800V-nál mind 25°C-on, mind 150°C-on, ami alkalmassá teszi a 1200V-os alkatrészek feldolgozására. / Vertical forward buffer leakage current measured on 1200V GaN-on-QST® at two different temperatures: (left) 25°C and (right) 150°C. Imec’s 1200V buffer shows vertical leakage current below 1µA/mm2 at 25°C and below 10µA/mm2 at 150°C up to 1200V with a breakdown in excess of 1800V both at 25°C and 150°C, which makes it suitable for the processing of 1200V devices.

Az imec, a nanoelektronika és digitális technológiák világszerte vezető kutatási és innovációs központja, valamint az AIXTRON, a kötőfélvezető anyagok bevonási berendezéseinek vezető gyártója, bemutatták a gallium-nitrid (GaN) epitaxiális növekedését, amelyek 1200V-os alkalmazásokhoz vannak kvalifikálva 200mm QST®-alapokra, és kemény töréspontot mutatnak 1800V felett. A 1200V-os kvalifikált pufferschippek gyártási lehetőségei megnyitják az utat a GaN-alapú teljesítményalkalmazások előtt, amelyek a legmagasabb feszültségeket igénylik, például elektromos autók esetében, amelyek eddig kizárólag szilícium-karbid (SiC) technológiával voltak megvalósíthatók. Az eredmény a belga imec-nél, az AIXTRON teljesen automata G5+ C berendezésének sikeres kvalifikálása után született, amelyet a metallorganikus kémiai gázhatású leválasztás (MOCVD) folyamatára használnak az optimalizált anyag-epi rétegek integrációjához.

A széles sávszélességű anyagok, a gallium-nitrid (GaN) és a szilícium-karbid (SiC), a jövő generációjának félvezető anyagai, amelyek magas teljesítményigényű alkalmazásokhoz bizonyultak, ahol a szilícium (Si) már nem elegendő. A SiC-alapú technológia a legkiforrottabb, de egyben a legdrágább is. Az évek során hatalmas fejlődés történt a GaN-alapú technológiában, például 200 mm-es szilíciumlapkákon történő növekedésben. Az imec-nél kvalifikált Enhancement-Mode High Electron Mobility Transistorokat (HEMT) és Schottky-diódákat mutattak be 100V, 200V és 650V működési feszültségeken, ami megnyitotta az utat a sorozatgyártás felé. Az 650V feletti működési feszültségek elérését azonban nehezítette, hogy elég vastag GaN-pufferschippeket kellett volna létrehozni 200 mm-es lapkákon. Ezért a SiC továbbra is a választott félvezető az 650-1200V közötti alkalmazásokhoz, például elektromos autókhoz és megújuló energiaforrásokhoz.

Első alkalommal az imec és az AIXTRON bemutatták a GaN-pufferschippek epitaxiális növekedését, amelyek 1200V-os alkalmazásokhoz vannak kvalifikálva, 200mm QST® (SEMI-szabvány vastagságú) alapokon 25°C és 150°C hőmérsékleten, kemény törésponttal 1800V felett. Denis Marcon, az imec senior üzletfejlesztési igazgatója szerint: "Mostantól a GaN technológia a választott lehet a működési feszültségek széles skáláján, 20V-tól egészen 1200V-ig. Mivel ez a technológia nagyobb lapkákon CMOS gyártási környezetben is feldolgozható magas átviteli sebességgel, a GaN-alapú teljesítménytechnológia jelentős költségelőnyt kínál a rendszer szintű, drágább SiC technológiával szemben."

A magas áttörési feszültség elérésének kulcsa a komplex epitaxiális anyagréteg gondos mérnöki tervezése, valamint a 200mm QST®-alapok használata, amelyeket az IIAP-program keretében valósítottak meg. A Qromis által gyártott, CMOS-barát QST®-alapok termikus tágulási együtthatője szorosan illeszkedik a GaN/AlGaN-epitaxé rétegek expanziójához, ezáltal lehetővé téve vastagabb pufferschippek kialakítását és a magasabb feszültségen történő működést.

Felix Grawert, az AIXTRON vezérigazgatója és elnöke szerint: "Az imec 1200V GaN-on-QST® epi-technológia sikeres fejlesztése az AIXTRON MOCVD reaktorában további lépés a közös munkánkban imec-csel. Korábban, az AIXTRON G5+C berendezés telepítése után, imec saját 200 mm-es GaN-on-Si anyagtechnológiáját kvalifikáltuk a G5+ C magas volumenű gyártási platformunkon. Ez például magasfeszültségű kapcsolási és RF alkalmazásokra irányul, és lehetővé teszi az ügyfél számára a gyors gyártási üzembe helyezést előre validált epi-receptek segítségével. Ezzel az új fejlesztéssel képesek leszünk közösen új piacokat meghódítani." Jelenleg laterális E-Mode modulokat gyártanak, hogy bizonyítsák a 1200V-os teljesítményt, és dolgoznak azon, hogy a technológiát még magasabb feszültségű alkalmazásokra bővítsék. Emellett az imec vizsgálja az 8 hüvelykes GaN-on-QST® vertikális GaN-eszközöket, hogy tovább növelje a GaN-alapú technológia feszültség- és áramtartományát.