昨天(9月5日),作為全球最大的硅晶圓企業(yè),信越化學(xué)宣布“自我革命”——將推出1800V垂直型GaN器件,這項(xiàng)技術(shù)主要有2個(gè)關(guān)鍵技術(shù),今天,“行家說三代半”給大家分析一下。
第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù):
用GaN工程襯底實(shí)現(xiàn)1800V耐壓
信越化學(xué)認(rèn)為,基于硅襯底的GaN功率器件要實(shí)現(xiàn)大電壓比較難,因?yàn)楦叩碾妷盒枰练e更厚的GaN外延層,GaN與硅襯底具有較大的熱膨脹系數(shù)失配,很容易產(chǎn)生晶圓翹曲甚至開裂的問題。
垂直型GaN器件是實(shí)現(xiàn)大電壓的技術(shù)方向,但是垂直型器件通常需要至少10μm的高質(zhì)量GaN單晶,目前可商用的GaN單晶尺寸僅為2-4英寸,不僅價(jià)格高昂,而且缺陷密度也很高。
怎么辦呢?信越化學(xué)找到了另一個(gè)實(shí)現(xiàn)垂直型GaN器件的方法。
2019年,信越化學(xué)獲得了美國QROMIS的(QST)工程襯底專利許可,目的是通過QST襯底開發(fā)氮化鎵外延和垂直型GaN器件等產(chǎn)品。
QROMIS成立于2015年成立,QST襯底是的關(guān)鍵技術(shù),這種工程襯底使用的核心材料是陶瓷聚氮化鋁 (AlN) 層,能夠克服GaN和硅襯底之間的熱膨脹系數(shù)失配問題,因此在可以大幅增加GaN外延厚度。
QROMIS的QST工程襯底示意圖
QROMIS之前發(fā)布了6英寸和8英寸的QST襯底,以及具有5μm和10μm厚度的GaN模板,基于該模板生長的GaN器件良率為90%,并且還已證明基于QST的GaN層厚可以達(dá)到30 μm,而且無裂紋。
此外,QST襯底還可以實(shí)現(xiàn)更大的晶圓直徑,QROMIS計(jì)劃在2025年生產(chǎn)12英寸GaN襯底。
從獲得專利授權(quán)后,信越化學(xué)就一直在改善QST襯底,加快量產(chǎn)化進(jìn)程。2022年5月,信越化學(xué)就開始擴(kuò)建GaN外延量產(chǎn)系統(tǒng)。
根據(jù)公告,信越化學(xué)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過10μm的GaN層穩(wěn)定生長,而且他們的研發(fā)結(jié)果顯示,使用QST襯底生長了超過20μM的GaN層,并在功率器件上實(shí)現(xiàn)了1800V的擊穿電壓。
注:除了信越化學(xué)外,QROMIS還將該技術(shù)授權(quán)給了世界先進(jìn)公司(VIS)。
信越化學(xué)垂直GaN器件的制造示意圖如下所示:
信越化學(xué)表示,他們除了出售QST襯底外,還將響應(yīng)客戶需求出售GaN外延基本,目前可以提供6英寸和8英寸的陣容,未來還將擴(kuò)大到12英寸。
該公司還透露,自2021年以來,他們的日本本土和其他境外客戶一直在用他們的QST技術(shù)進(jìn)行功率器件、射頻器件和LED器件的技術(shù)開發(fā),尤其是功率器件,許多客戶已經(jīng)對(duì)650—1800V不同等級(jí)的GaN器件進(jìn)行了持續(xù)的評(píng)估。
該公司表示,基于目前的開發(fā)結(jié)果和客戶的反饋,信越化學(xué)將繼續(xù)增加產(chǎn)能以響應(yīng)客戶需求。
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