ผลการพัฒนาสามารถปูทางให้ GaN เข้าสู่ SiC สูง แรงดันไฟฟ้า โดเมน

Imec ซึ่งเป็นศูนย์กลางการวิจัยและนวัตกรรมและ AIXTRON ซึ่งเป็นผู้ให้บริการอุปกรณ์การสะสมได้แสดงให้เห็นการเติบโตของชั้นบัฟเฟอร์แกลเลียม - ไนไตรด์ (GaN) ที่มีคุณสมบัติสำหรับการใช้งาน 1200V บนพื้นผิว 200 มม. QST โดยมีการสลายยากเกิน 1800V

ข่าวที่ว่าขณะนี้มีความเป็นไปได้ที่จะผลิตชั้นบัฟเฟอร์ที่ผ่านการรับรอง 1200V ได้เปิดประตูสู่การใช้งานด้านพลังงานที่ใช้ GaN ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า เช่น รถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งก่อนหน้านี้สามารถทำได้โดยใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เท่านั้น เทคโนโลยี. ผลลัพธ์เกิดขึ้นหลังจากที่ประสบความสำเร็จในการรับรองคุณสมบัติของเครื่องปฏิกรณ์สะสมไอสารเคมีโลหะ-อินทรีย์อินทรีย์ (MOCVD) G5+ C ของ AIXTRON ที่โรงงานของ imec ในเมืองเลอเวน ประเทศเบลเยียม เพื่อบูรณาการ epi-stack วัสดุที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพแล้ว

Denis Marcon ผู้จัดการฝ่ายพัฒนาธุรกิจอาวุโสของ imec กล่าวว่า“ ตอนนี้ GaN สามารถกลายเป็นเทคโนโลยีที่เลือกได้สำหรับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานตั้งแต่ 20V ถึง 1200V ด้วยการประมวลผลบนเวเฟอร์ขนาดใหญ่ใน CMOS fabs ที่มีปริมาณงานสูงเทคโนโลยีพลังงานที่ใช้ GaN ให้ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนอย่างมากเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีที่ใช้ SiC ที่มีราคาแพงภายใน "

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามีความก้าวหน้าอย่างมากกับเทคโนโลยีที่ใช้ GaNy แต่การบรรลุแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่สูงกว่า 650V นั้นเป็นเรื่องยากเนื่องจากความยากในการเพิ่มชั้นบัฟเฟอร์ GaN ที่หนาเพียงพอบนเวเฟอร์ 200 มม. ด้วยเหตุนี้ SiC จึงยังคงเป็นไฟล์ สารกึ่งตัวนำ ทางเลือกสำหรับการใช้งาน 650-1200V เช่นรถยนต์ไฟฟ้าและพลังงานหมุนเวียน

กุญแจสำคัญในการบรรลุแรงดันไฟฟ้าที่แตกตัวสูงคือวิศวกรรมที่ระมัดระวังของกองวัสดุ epitaxial ที่ซับซ้อนร่วมกับการใช้วัสดุพิมพ์ QST ขนาด 200 มม. พื้นผิว QST ที่เป็นมิตรกับ CMOS จาก Qromis มีการขยายตัวทางความร้อนที่ตรงกับการขยายตัวทางความร้อนของชั้น epitaxial GaN / AlGaN อย่างใกล้ชิดซึ่งช่วยปูทางไปสู่ชั้นบัฟเฟอร์ที่หนาขึ้นและด้วยเหตุนี้การทำงานของแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

ดร. เฟลิกซ์กราเวิร์ตซีอีโอและประธาน AIXTRON กล่าวว่า“ ความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยี 1200V GaN-on-QST ของ imec ในเครื่องปฏิกรณ์ MOCVD ของ AIXTRON ถือเป็นก้าวต่อไปในความร่วมมือของเรากับ imec ก่อนหน้านี้หลังจากติดตั้ง AIXTRON G5 + C ที่โรงงานของ imec แล้วเทคโนโลยีวัสดุ GaN-on-Si 200 มม. ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ imec ได้รับการรับรองบนแพลตฟอร์มการผลิตปริมาณสูง G5 + C ของเราโดยกำหนดเป้าหมายเช่นการสลับพลังงานแรงดันสูงและแอปพลิเคชัน RF และช่วยให้ลูกค้าของเรา เพื่อให้การผลิตเป็นไปอย่างรวดเร็วโดยใช้สูตรอาหารที่มีการตรวจสอบความถูกต้องล่วงหน้า ด้วยความสำเร็จใหม่นี้เราจะสามารถร่วมกันเจาะตลาดใหม่ ๆ ได้”

ปัจจุบันอุปกรณ์ e-mode ด้านข้างกำลังได้รับการประมวลผลเพื่อพิสูจน์ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ 1200V และความพยายามอย่างต่อเนื่องในการขยายเทคโนโลยีไปสู่การใช้งานที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น

นอกจากนี้ imec ยังสำรวจอุปกรณ์ GaN แนวตั้ง GaN-on-QST ขนาด 8 นิ้วเพื่อขยายแรงดันไฟฟ้าและช่วงปัจจุบันของเทคโนโลยีที่ใช้ GaN

ด้านบน: กระแสไฟฟ้ารั่วของบัฟเฟอร์ไปข้างหน้าในแนวตั้งที่วัดด้วย 1200V GaN-on-QST®ที่อุณหภูมิต่างกันสองอุณหภูมิ: (ซ้าย) 25 ° C และ (ขวา) 150 ° C บัฟเฟอร์ 1200V ของ Imec แสดงกระแสไฟฟ้ารั่วในแนวตั้งต่ำกว่า 1µA / mm2 ที่ 25 ° C และต่ำกว่า 10µA / mm2 ที่ 150 ° C ถึง 1200V โดยมีการสลายเกิน 1800V ทั้งที่ 25 ° C และ 150 ° C ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับ การประมวลผลอุปกรณ์ 1200V