Un résultat révolutionnaire pourrait ouvrir la voie à l'entrée du GaN dans le SiC high Tension domaine
Imec, le pôle de recherche et d'innovation, et AIXTRON, fournisseur d'équipements de dépôt, ont démontré la croissance épitaxiale de couches tampons de nitrure de gallium (GaN) qualifiées pour des applications de 1200 V sur des substrats QST de 200 mm, avec une rupture dure dépassant 1800 V.
La nouvelle selon laquelle il est désormais possible de fabriquer des couches tampons qualifiées pour 1200 XNUMX V ouvre la porte à des applications électriques à base de GaN à tension plus élevée, telles que les voitures électriques, auparavant uniquement réalisables avec des couches à base de carbure de silicium (SiC). sans souci. Le résultat fait suite à la qualification réussie du réacteur de dépôt chimique organométallique en phase vapeur (MOCVD) entièrement automatisé G5+C d'AIXTRON dans les installations d'Imec à Louvain, en Belgique, pour l'intégration de l'épi-stack de matériaux optimisé.
Commentant Denis Marcon, Senior Business Development Manager chez imec, a déclaré: «Le GaN peut désormais devenir la technologie de choix pour toute une gamme de tensions de fonctionnement de 20V à 1200V. Étant transformable sur des tranches plus grandes dans des usines CMOS à haut débit, la technologie de puissance basée sur GaN offre un avantage de coût significatif par rapport à la technologie à base de SiC intrinsèquement coûteuse. »
Au fil des ans, d'énormes progrès ont été réalisés avec la technologie basée sur GaNy, mais atteindre des tensions de fonctionnement supérieures à 650 V a été difficile en raison de la difficulté de faire croître des couches tampons GaN suffisamment épaisses sur des tranches de 200 mm. En conséquence, le SiC est resté le Semi-conducteurs de choix pour les applications 650-1200V - y compris par exemple les voitures électriques et les énergies renouvelables.
La clé pour atteindre la tension de claquage élevée a été l'ingénierie minutieuse de l'empilement de matériaux épitaxiaux complexes en combinaison avec l'utilisation de substrats QST de 200 mm. Les substrats QST compatibles CMOS de Qromis ont une dilatation thermique qui correspond étroitement à la dilatation thermique des couches épitaxiales GaN / AlGaN, ce qui a aidé à ouvrir la voie à des couches tampons plus épaisses - et donc à un fonctionnement à tension plus élevée.
Le Dr Felix Grawert, PDG et Président d'AIXTRON a déclaré: «Le développement réussi de la technologie épi 1200V GaN-on-QST d'imec dans le réacteur MOCVD d'AIXTRON est une prochaine étape dans notre collaboration avec imec. Auparavant, après avoir installé AIXTRON G5 + C dans les installations d'imec, la technologie de matériaux 200 mm GaN-on-Si propriétaire d'imec a été qualifiée sur notre plate-forme de fabrication à grand volume G5 + C, ciblant par exemple la commutation de puissance haute tension et les applications RF et permettant à notre client pour atteindre une montée en puissance rapide de la production grâce à des épi-recettes disponibles pré-validées. Avec cette nouvelle réalisation, nous serons en mesure d'exploiter ensemble de nouveaux marchés. »
Actuellement, des dispositifs latéraux en mode électronique sont en cours de traitement pour prouver les performances des dispositifs à 1200 V, et des efforts sont en cours pour étendre la technologie à des applications à tension encore plus élevée.
Parallèlement à cela, imec explore également les dispositifs GaN verticaux GaN-on-QST de 8 pouces pour étendre davantage la plage de tension et de courant de la technologie basée sur GaN.
Ci-dessus: Courant de fuite du tampon avant vertical mesuré sur 1200V GaN-on-QST® à deux températures différentes: (gauche) 25 ° C et (droite) 150 ° C. Le tampon 1200V d'Imec montre un courant de fuite vertical inférieur à 1µA / mm2 à 25 ° C et inférieur à 10µA / mm2 à 150 ° C jusqu'à 1200V avec une panne supérieure à 1800V à 25 ° C et 150 ° C, ce qui le rend adapté à la traitement des appareils 1200V.