Het resultaat van een doorbraak zou de weg kunnen effenen voor GaN om de SiC-high binnen te gaan spanning domein

Imec, de onderzoeks- en innovatiehub, en AIXTRON, een leverancier van afzettingsapparatuur, hebben epitaxiale groei aangetoond van gallium-nitride (GaN) bufferlagen die geschikt zijn voor 1200V-toepassingen op 200 mm QST-substraten, met een harde afbraak van meer dan 1800V.

Het nieuws dat het nu mogelijk is om 1200V-gekwalificeerde bufferlagen te vervaardigen, opent deuren naar GaN-gebaseerde stroomtoepassingen met hogere spanning, zoals elektrische auto's, die voorheen alleen mogelijk waren met behulp van op siliciumcarbide (SiC) gebaseerde energietoepassingen. technologie. Het resultaat komt na de succesvolle kwalificatie van AIXTRON’s G5+ C volledig geautomatiseerde metaal-organische chemische dampdepositie (MOCVD) reactor in imec’s fabriek in Leuven, België, voor de integratie van de geoptimaliseerde materiaal-epi-stack.

Denis Marcon, Senior Business Development Manager bij imec zei: “GaN kan nu de technologie bij uitstek worden voor een hele reeks bedrijfsspanningen van 20V tot 1200V. Omdat de stroomtechnologie op basis van GaN kan worden verwerkt op grotere wafers in CMOS-fabrieken met een hoge doorvoer, biedt het een aanzienlijk kostenvoordeel in vergelijking met de intrinsiek dure op SiC gebaseerde technologie. "

Door de jaren heen is er enorme vooruitgang geboekt met op GaN gebaseerde technologiey, maar het bereiken van bedrijfsspanningen hoger dan 650V was moeilijk vanwege de moeilijkheid om dik genoeg GaN-bufferlagen op 200 mm wafers te laten groeien. Als gevolg hiervan is SiC het gebleven Halfgeleider keuze voor 650-1200V-toepassingen - inclusief bijvoorbeeld elektrische auto's en hernieuwbare energie.

De sleutel tot het bereiken van de hoge doorslagspanning was de zorgvuldige engineering van de complexe epitaxiale materiaalstapel in combinatie met het gebruik van 200 mm QST-substraten. De CMOS-fabvriendelijke QST-substraten van Qromis hebben een thermische uitzetting die nauw overeenkomt met de thermische uitzetting van de GaN / AlGaN-epitaxiale lagen, wat de weg heeft geëffend voor dikkere bufferlagen - en dus een werking met een hogere spanning.

Dr. Felix Grawert, CEO en President van AIXTRON zei: “De succesvolle ontwikkeling van imec's 1200V GaN-on-QST epi-technologie in AIXTRON's MOCVD-reactor is een volgende stap in onze samenwerking met imec. Eerder, na de installatie van AIXTRON G5 + C in de faciliteiten van imec, werd imecs gepatenteerde 200 mm GaN-on-Si-materiaaltechnologie gekwalificeerd op ons G5 + C-productieplatform voor grote volumes, gericht op bijvoorbeeld hoogspanningsschakelingen en RF-toepassingen en om een ​​snelle productiestijging te bereiken door vooraf gevalideerde beschikbare epi-recepten. Met deze nieuwe prestatie kunnen we gezamenlijk nieuwe markten aanboren. ”

Momenteel worden laterale e-mode-apparaten verwerkt om de apparaatprestaties bij 1200V te bewijzen, en er worden inspanningen geleverd om de technologie uit te breiden naar toepassingen met nog hogere spanning.

Daarnaast onderzoekt imec ook 8-inch GaN-on-QST verticale GaN-apparaten om het spannings- en stroombereik van de GaN-gebaseerde technologie verder uit te breiden.

Boven: Verticale voorwaartse bufferlekstroom gemeten op 1200V GaN-on-QST® bij twee verschillende temperaturen: (links) 25 ° C en (rechts) 150 ° C. Imec's 1200V buffer toont verticale lekstroom onder 1µA / mm2 bij 25 ° C en onder 10µA / mm2 bij 150 ° C tot 1200V met een doorslag van meer dan 1800V zowel bij 25 ° C als 150 ° C, wat hem geschikt maakt voor de verwerking van 1200V-apparaten.