Das Durchbruchsergebnis könnte GaN den Weg ebnen, in das SiC-Hoch einzutreten Spannung Domain

Imec, das Forschungs- und Innovationszentrum, und AIXTRON, ein Anbieter von Abscheidungsgeräten, haben ein epitaktisches Wachstum von Galliumnitrid (GaN) -Pufferschichten nachgewiesen, die für 1200-V-Anwendungen auf 200-mm-QST-Substraten mit einem harten Durchschlag von mehr als 1800 V geeignet sind.

Die Nachricht, dass es nun möglich ist, 1200-V-geeignete Pufferschichten herzustellen, öffnet Türen für Hochspannungs-GaN-basierte Leistungsanwendungen wie Elektroautos, die bisher nur auf der Basis von Siliziumkarbid (SiC) möglich waren Technologie. Das Ergebnis kommt nach der erfolgreichen Qualifizierung des vollautomatischen metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidungsreaktors (MOCVD) G5+ C von AIXTRON im imec-Werk in Leuven, Belgien, für die Integration des optimierten Material-Epi-Stacks.

Denis Marcon, Senior Business Development Manager bei imec, sagte dazu: „GaN kann jetzt zur Technologie der Wahl für eine ganze Reihe von Betriebsspannungen von 20 V bis 1200 V werden. Die auf GaN basierende Leistungstechnologie ist auf größeren Wafern in Hochdurchsatz-CMOS-Fabriken verarbeitbar und bietet einen erheblichen Kostenvorteil gegenüber der an sich teuren SiC-basierten Technologie. “

Im Laufe der Jahre wurden mit GaN-basierten Technologien enorme Fortschritte erzielty, aber das Erreichen von Betriebsspannungen von mehr als 650 V war schwierig, da es schwierig war, ausreichend dicke GaN-Pufferschichten auf 200 mm-Wafern zu züchten. Infolgedessen ist SiC das geblieben Halbleiter der Wahl für 650-1200V-Anwendungen - zum Beispiel Elektroautos und erneuerbare Energien.

Der Schlüssel zum Erreichen der hohen Durchbruchspannung war die sorgfältige Konstruktion des komplexen epitaktischen Materialstapels in Kombination mit der Verwendung von 200-mm-QST-Substraten. Die CMOS-fab-freundlichen QST-Substrate von Qromis haben eine Wärmeausdehnung, die eng mit der Wärmeausdehnung der GaN / AlGaN-Epitaxieschichten übereinstimmt. Dies ebnet den Weg für dickere Pufferschichten - und damit für den Betrieb mit höherer Spannung.

Dr. Felix Grawert, CEO und President von AIXTRON, sagte: „Die erfolgreiche Entwicklung der 1200-V-GaN-on-QST-Epi-Technologie von imec zum MOCVD-Reaktor von AIXTRON ist ein nächster Schritt in unserer Zusammenarbeit mit imec. Zuvor war nach der Installation von AIXTRON G5 + C in den Werken von imec die proprietäre 200-mm-GaN-on-Si-Materialtechnologie von imec für unsere G5 + C-Plattform für die Massenfertigung qualifiziert worden, die beispielsweise auf Hochspannungs-Leistungsschaltung und HF-Anwendungen abzielt und unseren Kunden ermöglicht um einen schnellen Produktionsanlauf durch vorvalidierte verfügbare Epi-Rezepte zu erreichen. Mit dieser neuen Leistung können wir gemeinsam neue Märkte erschließen. “

Gegenwärtig werden laterale E-Mode-Geräte verarbeitet, um die Geräteleistung bei 1200 V zu beweisen, und es werden Anstrengungen unternommen, um die Technologie auf Anwendungen mit noch höherer Spannung auszudehnen.

Daneben untersucht imec auch vertikale 8-Zoll-GaN-auf-QST-GaN-Bauelemente, um den Spannungs- und Strombereich der GaN-basierten Technologie weiter zu erweitern.

Oben: Vertikaler Vorwärtspuffer-Leckstrom, gemessen an 1200 V GaN-on-QST® bei zwei verschiedenen Temperaturen: (links) 25 ° C und (rechts) 150 ° C. Der 1200-V-Puffer von Imec zeigt einen vertikalen Leckstrom unter 1 µA / mm2 bei 25 ° C und unter 10µA / mm2 bei 150 ° C bis 1200 V mit einem Durchschlag von mehr als 1800 V sowohl bei 25 ° C als auch bei 150 ° C, was ihn für den geeignet macht Verarbeitung von 1200V-Geräten.