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制造比特:5月25日

甘高电压;垂直氮化镓晶片;氮化镓的缺陷。

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甘高电压
IMEC和Aixtron已经证明了能力将氮化镓(GaN)扩展到新的电压水平在电力半导体市场,使技术能够竞争更广泛的段。

IMEC和Aixtron已经证明了GaN缓冲层的外延生长,合格的1,200伏应用于专用的200mm基板,硬击穿超过1,800伏。这可能是一个重大突破。基于GaN的功率半导体广泛用于900伏的应用,但由于几个问题,超越这些水平已经具有挑战性。

GaN和其他技术用于电力电子设备。利用固态设备,电力电子控制和转换系统中的电力。其中包括汽车、手机、电源、太阳能逆变器、火车和风力涡轮机。

功率半导体是一种特殊的晶体管,可以提高效率并将系统中的能量损失降至最低。电力半开关就像系统中的一个开关,允许电流在“开”状态下流动,在“关”状态下停止。

功率半导体市场由硅基器件主导。但基于GaN和碳化硅(SiC)材料的功率半导体器件正在取得重大进展。GaN和SiC功率半导体基于宽带隙技术,比硅的击穿电场强度更高,效率更高。

GaN是一种二进制III-V材料,用于led、功率半导体和射频器件。基于gan的动力semi应用于汽车、数据中心、军事航空和其他应用。GaN半功率范围从15到900伏特。GaN的带隙为3.4电子伏,比SiC高。GaN的击穿场是硅的十倍,根据英飞凌。根据英飞凌,GaN的电子迁移率与硅相比是双倍的。

GaN功率半器件是横向器件。在工艺流程中,先在基材上沉积薄层氮化铝(AlN),然后再沉积GaN层。在该结构上形成源、漏和栅,形成横向GaN器件。

这个问题?在某些情况下,基于gan的电力semi遇到超过650或900伏的问题。将缓冲层厚度增加到更高的击穿电压和低泄漏水平所需要的水平已经变得很困难。这是由于GaN/AlGaN外延层与硅衬底之间的热膨胀系数(CTE)不匹配。

因此,SiC和硅基功率半导体仍然是650至1200伏应用的首选产品。一般来说,GaN在低于这一水平的市场中停滞不前。Imec和爱思强希望打破氮化镓的这些障碍,从而扩大该技术的范围。

供应商使用Qromis'GaN衬底技术开发了一个过程。基板技术称为QST,使电力设备能够在650伏特及以上。来自Qromis的QST基材具有热膨胀,其与GaN / AlGaN外延层的热膨胀紧密匹配,铺平较厚的缓冲层 - 并且因此更高的电压操作。

使用这些底物,IMEC和Aixtron符合GaN缓冲层的外延生长,符合1,200伏应用。结果是在IMEC的AIXTON的G5 + C金属 - 有机化学气相沉积(MOCVD)反应器的资格之后。MOCVD工具用于集成材料EPI堆栈。

这为在电动汽车和其他产品中应用更高电压的gan基电源设备打开了大门。目前,正在对横向电子模式器件进行处理,以证明器件在1200伏电压下的性能,并正在努力将该技术扩展到更高的电压应用。GaN现在可以成为20V到1200V整个工作电压范围的技术选择。与昂贵的基于sic的技术相比,基于GaN的功率技术可以在高通量CMOS晶圆厂的更大的晶圆上进行加工,具有显著的成本优势。”

垂直甘晶片
然而,今天,基于横向GaN的功率半导体在电压方面受到限制,促使需要一种像垂直GaN这样的下一代技术。

垂直GaN设备,电子从顶部流到底部。但是散装GaN基板限于小尺寸并昂贵。

作为回应,Kyma开始提供垂直GaN epiwafers.。为了开发这些晶片,Kyma设计了氢化物气相外延(HVPE)方法。HVPE使GaN-On-GaN的生长具有各种自由载体浓度。这反过来又能够为电力电子应用的掺杂GaN薄膜薄膜的生长。

据Kyma称,这种薄膜难以使用传统的生长技术(如MOCVD),例如MOCVD,因为Kyma表示。“具有此类轻微掺杂的薄膜现已提供,设备制造商可以开发GaN的功率器件,具有垂直架构,可用于1.2kV和更高的应用,如电动车充电器,车载DC-DC转换器,工业电机,太阳能光伏逆变器等等。“

氮化镓的缺陷
大阪大学一种新的非破坏性技术使用多光子激发光致发光(MPPL)表征和评估GaN的结晶性能。

研究人员在应用物理表达中公布了其调查结果。

多光子激发光致发光使用渗透到样品中的激光来评估GaN的性质。在GaN内发生的一个缺陷是线程错位。穿线脱位是晶体结构中的缺陷,其用作漏电流路径。

MPPL激光器突出了GaN中的这些缺陷,甚至在样品的深处,使其成为3D评估的理想选择。MPPL的方法也允许氮化镓内部缺陷的统计分类。

GaN拥有汽车,数据中心和其他市场的应用。GaN电源开关装置可以提供高功率操作,高速开关,低电阻和高击穿电压。然而,GaN中的缺陷密度必须低,使其是有利的。

MPPL将使您可以以非破坏性方式深入研究和分析GaN样本。它还将更容易地识别影响GaN可靠性的缺陷,提高产量,并为GaN设备提供更有效的路径。



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