O resultado da descoberta pode abrir caminho para o GaN entrar na alta de SiC Voltagem domínio

Imec, o centro de pesquisa e inovação, e AIXTRON, um fornecedor de equipamentos de deposição, demonstraram o crescimento epitaxial de camadas tampão de nitreto de gálio (GaN) qualificadas para aplicações de 1200 V em substratos QST de 200 mm, com uma degradação rígida excedendo 1800 V.

A notícia de que agora é possível fabricar camadas de buffer qualificadas para 1200V abre portas para aplicações de energia baseadas em GaN de alta tensão, como carros elétricos, anteriormente viáveis ​​apenas usando carboneto de silício (SiC). tecnologia. O resultado vem após a qualificação bem-sucedida do reator G5+ C totalmente automatizado de deposição de vapor químico metal-orgânico (MOCVD) da AIXTRON nas instalações da imec em Leuven, Bélgica, para integrar o epi-stack de material otimizado.

Comentando Denis Marcon, Gerente Sênior de Desenvolvimento de Negócios da imec, “GaN agora pode se tornar a tecnologia de escolha para uma ampla gama de tensões operacionais de 20 V a 1200 V. Sendo processável em wafers maiores em fábricas CMOS de alto rendimento, a tecnologia de energia baseada em GaN oferece uma vantagem de custo significativa em comparação com a tecnologia baseada em SiC intrinsecamente cara ”.

Ao longo dos anos, um tremendo progresso foi feito com a tecnologia baseada em GaNSim, mas atingir tensões operacionais superiores a 650 V tem sido difícil devido à dificuldade de aumentar camadas de buffer de GaN suficientemente espessas em wafers de 200 mm. Como consequência, o SiC permaneceu o Semicondutores de escolha para aplicações 650-1200V - incluindo, por exemplo, carros elétricos e energia renovável.

A chave para alcançar a alta tensão de ruptura tem sido a engenharia cuidadosa da complexa pilha de material epitaxial em combinação com o uso de substratos QST de 200 mm. Os substratos QST compatíveis com CMOS da Qromis têm uma expansão térmica que se aproxima da expansão térmica das camadas epitaxiais GaN / AlGaN, o que ajudou a pavimentar o caminho para camadas de buffer mais espessas - e, portanto, operação de tensão mais alta.

Dr. Felix Grawert, CEO e presidente da AIXTRON disse: “O desenvolvimento bem-sucedido da epi-tecnologia 1200V GaN-on-QST da imec no reator MOCVD da AIXTRON é o próximo passo em nossa colaboração com a imec. Anteriormente, depois de ter instalado o AIXTRON G5 + C nas instalações da imec, a tecnologia de materiais GaN-on-Si de 200 mm de propriedade da imec foi qualificada em nossa plataforma de fabricação de alto volume G5 + C, visando, por exemplo, comutação de energia de alta tensão e aplicações de RF e capacitando nossos clientes para alcançar um aumento rápido da produção por meio de epi-receitas pré-validadas. Com esta nova conquista, seremos capazes de entrar em novos mercados em conjunto. ”

Atualmente, dispositivos e-mode laterais estão sendo processados ​​para provar o desempenho do dispositivo em 1200 V, e esforços estão em andamento para estender a tecnologia para aplicações de voltagem ainda mais alta.

Além disso, a imec também está explorando dispositivos GaN verticais GaN-on-QST de 8 polegadas para estender ainda mais a faixa de tensão e corrente da tecnologia baseada em GaN.

Acima: Corrente de fuga de buffer direta vertical medida em 1200 V GaN-on-QST® em duas temperaturas diferentes: (esquerda) 25 ° C e (direita) 150 ° C. O buffer de 1200 V da Imec mostra corrente de fuga vertical abaixo de 1 µA / mm2 a 25 ° C e abaixo de 10 µA / mm2 a 150 ° C até 1200V com uma ruptura acima de 1800V tanto a 25 ° C quanto 150 ° C, o que o torna adequado para o processamento de dispositivos de 1200V.