Die Herstellbarkeit von 1200V-qualifizierten Pufferschichten öffnet Türen zu höchsten Spannung GaN-basierte Energieanwendungen wie Elektroautos waren bisher nur mit Siliziumkarbid (SiC) möglich Technologie.
Das Ergebnis ist die erfolgreiche Qualifizierung des vollautomatischen metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidungsreaktors (MOCVD) G5 + C von AIXTRON bei imec, Belgien, für die Integration des optimierten Material-Epi-Stacks.
Materialien mit großer Bandlücke Galliumnitrid (GaN) und Siliciumcarbid (SiC) haben sich als Halbleiter der nächsten Generation für leistungsintensive Anwendungen bewährt, bei denen Silizium (Si) zu kurz kommt. SiC-basierte Technologie ist am ausgereiftesten, aber auch teurer.
Im Laufe der Jahre wurden enorme Fortschritte bei der GaN-basierten Technologie erzielt, die beispielsweise auf 200-mm-Si-Wafern basiert. Bei imec wurden qualifizierte Hochelektronenmobilitätstransistoren (HEMTs) und Schottky-Dioden-Leistungsvorrichtungen im Enhancement-Modus für Betriebsspannungsbereiche von 100 V, 200 V und 650 V demonstriert, was den Weg für großvolumige Fertigungsanwendungen ebnet.
Das Erreichen von Betriebsspannungen von mehr als 650 V wurde jedoch durch die Schwierigkeit herausgefordert, ausreichend dicke GaN-Pufferschichten auf 200 mm-Wafern zu züchten. Daher bleibt SiC bisher das Halbleiter der Wahl für 650-1200V-Anwendungen - zum Beispiel Elektroautos und erneuerbare Energien.
Zum ersten Mal haben imec und AIXTRON ein epitaktisches Wachstum von GaN-Pufferschichten gezeigt, die für 1200-V-Anwendungen auf 200-mm-QST-Substraten (in SEMI-Standarddicke) bei 25 ° C und 150 ° C mit einem harten Durchschlag von mehr als 1800 V geeignet sind.
Denis Marcon, Senior Business Development Manager bei Imec, erklärte: „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. “
Der Schlüssel zum Erreichen der hohen Durchbruchspannung liegt in der sorgfältigen Konstruktion des komplexen epitaktischen Materialstapels in Kombination mit der Verwendung von 200-mm-QST-Substraten, die im Rahmen des IIAP-Programms ausgeführt werden. Die CMOS-fabrikfreundlichen QST-Substrate von Qromis weisen eine eng anliegende Wärmeausdehnung auf Die Wärmeausdehnung der GaN / AlGaN-Epitaxieschichten ebnet den Weg für dickere Pufferschichten - und damit für den Betrieb mit höherer Spannung.
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