A capacidade de fabricação de camadas tampão qualificadas de 1200 V abre portas para as mais altas Voltagem Aplicações de energia baseadas em GaN, como carros elétricos, anteriormente apenas com soluções viáveis baseadas em carboneto de silício (SiC). tecnologia.
O resultado vem após a qualificação bem-sucedida do reator de deposição de vapor químico orgânico metálico totalmente automatizado (MOCVD) G5 + C da AIXTRON no imec, Bélgica, para integrar o epi-stack de material otimizado.
Os materiais de largo intervalo de banda nitreto de gálio (GaN) e carboneto de silício (SiC) provaram seu valor como semicondutores de próxima geração para aplicações que demandam energia onde o silício (Si) é insuficiente. A tecnologia baseada em SiC é a mais madura, mas também é mais cara.
Ao longo dos anos, um tremendo progresso foi feito com a tecnologia baseada em GaN desenvolvida, por exemplo, em wafers de Si de 200 mm. No imec, os transistores de alta mobilidade de elétrons (HEMTs) de modo de aprimoramento qualificado e dispositivos de alimentação de diodo Schottky foram demonstrados para faixas de tensão de operação de 100 V, 200 V e 650 V, abrindo caminho para aplicações de manufatura de alto volume.
No entanto, atingir tensões operacionais superiores a 650 V foi desafiado pela dificuldade de aumentar camadas de buffer de GaN suficientemente espessas em wafers de 200 mm. Portanto, o SiC até agora continua sendo o Semicondutores de escolha para aplicações 650-1200V - incluindo, por exemplo, carros elétricos e energia renovável.
Pela primeira vez, o imec e o AIXTRON demonstraram crescimento epitaxial de camadas tampão de GaN qualificadas para aplicações de 1200 V em substratos QST de 200 mm (em espessura padrão SEMI) a 25 ° C e 150 ° C, com uma degradação rígida excedendo 1800V.
Denis Marcon, Gerente Sênior de Desenvolvimento de Negócios da Imec afirmou: “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. ”
A chave para alcançar a alta tensão de ruptura é a engenharia cuidadosa da pilha de material epitaxial complexo em combinação com o uso de substratos QST de 200 mm, executado no escopo do programa IIAP. Os substratos QST compatíveis com CMOS-fab da Qromis têm uma expansão térmica que corresponde de perto a expansão térmica das camadas epitaxiais de GaN / AlGaN, abrindo caminho para camadas de buffer mais espessas - e, portanto, operação de alta tensão.
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