Le GaN aussi performant que le SiC avec les avancées de imec
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Le laboratoire de recherche imec en Belgique a démontré un process révolutionnaire pour le nitrure de gallium (GaN) sur une tranche de 200 mm qui peut concurrencer pour la première fois le carbure de silicium (SiC) dans des conceptions de haute puissance à une tension de 1200V.
En collaboration avec le fabricant allemand d’équipements de fabrication de semiconducteurs Aixtron, imec a développé des couches tampons en GaN épitaxiales plus épaisses pour les transistors latéraux pour des applications de 1200 V sur des substrats QST de 200 mm, avec une tension de claquage dépassant 1800 V.
La clé est que les composants peuvent être construits sur un process compatible CMOS dans des Fabs de 200 mm à grand volume et à faible coût, ce qui réduit considérablement le coût par rapport aux composants SiC. imec envisage également de passer des dispositifs latéraux à une structure verticale, ce qui réduira encore les coûts car davantage de composants pourront être fabriqués sur une seule tranche. C’est également la stratégie d’autres fournisseurs de puces GaN: CEO Interview: The next generation of power ICs
Les composants GaN ne convenaient auparavant que jusqu’à 650 V ou 800 V, et le SiC était utilisé pour les tensions supérieures dans des applications telles que les voitures électriques et les onduleurs de panneaux solaires à 800 V et 1200 V.
«Le GaN peut désormais devenir la technologie de choix pour toute une gamme de tensions de fonctionnement de 20V à 1200V. Pouvant être fabriqué sur des plaquettes 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 chère », a déclaré Denis Marcon, Senior Business Development Manager chez imec.
La clé pour augmenter la tension de claquage est l’ingénierie minutieuse de l’empilement complexe de matériaux épitaxiaux en combinaison avec l’utilisation de substrats QST de 200 mm qui ont été développés dans le programme IIAP avec Qromis. Ces plaquettes ont une dilatation thermique qui correspond étroitement à la dilatation thermique des couches épitaxiales de GaN / AlGaN, ouvrant la voie à des couches tampons plus épaisses pour le fonctionnement à une tension plus élevée.
«Le développement réussi de la technologie-épi 1200V GaN-on-QST de l’imec dans le réacteur MOCVD d’Aixtron est une nouvelle étape dans notre collaboration avec imec», a déclaré le Dr Felix Grawert, PDG et Président d’Aixtron. «Après avoir installé la machine G5+ Cdans les installations de l’imec, la technologie de matériaux 200 mm GaN-on-Si propriétaire de l’imec a été qualifiée sur la plate-forme de fabrication à grand volume, ciblant par exemple la commutation de puissance haute tension et les applications RF et permettant à notre client de réaliser rapidement la montée en puissance de la production grâce à des recettes-épi pré-validées déjà disponibles. Avec cette nouvelle réalisation, nous serons en mesure d’exploiter ensemble de nouveaux marchés. »
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