Imec和Aixtron为GaN进入SiC高电压领域铺平道路

演示了在200mm QST衬底上具有1200V应用条件的GaN缓冲层的外延生长，其硬击穿电压超过1800V

纳米电子和数字技术的研究与创新中心Imec和化合物半导体材料的沉积设备供应商Aixtron，已经在200mmQST衬底上展示了符合1200V应用的氮化镓缓冲层的外延生长，其硬击穿电压超过1800V。

合格的1200V缓冲层的可制造性为基于氮化镓的最高电压电力应用（如电动汽车）打开了大门，以前只有可行的基于SiC的技术。这一成果是在Aixtron位于比利时Imec的G5+C全自动MOCVD反应器成功通过鉴定后取得的，该反应器用于集成优化的材料外延层。

多年来，在例如200mm的硅片上生长GaN基的技术已经取得了巨大的进展。在Imec，合格的增强型HEMT和肖特基二极管功率器件已经在100V、200V和650V的工作电压范围内进行了演示，为大批量制造应用铺平了道路。然而，由于在200毫米晶圆上生长足够厚的GaN缓冲层很困难，实现高于650V的工作电压一直是一个挑战。因此，到目前为止，SiC仍然是650-1200V应用（包括例如电动汽车和可再生能源）的首选半导体。

Imec和Aixtron首次展示了在200毫米QST（SEMI标准厚度）衬底上，在25°C和150°C的条件下，能满足1200V应用的GaN缓冲层外延生长，其硬击穿超过1800V。

上图显示了在两种不同温度下（左25℃和右150℃）在1200V GaN-on-QST上测得的垂直正向缓冲器漏电流。Imec的1200V缓冲层在在高达2000V条件下，25°C时显示垂直泄漏电流低于1μA / mm2，在150° C时低于10μA / mm2，在25°C和150° C时的击穿电压均超过1800V，这使其适用于处理1200V器件。

Imec的高级业务开发经理Denis Marcon表示：“现在，GaN可以成为从20V至1200V整个工作电压范围内的首选技术。由于可以在高产能CMOS工厂的大型晶圆上进行加工，基于GaN的电源技术与基于SiC的本质上昂贵的技术相比，具有明显的成本优势。"

实现高击穿电压的关键是在IIAP计划范围内对复杂的外延材料叠层进行精心设计，并结合使用200mm QST衬底。Qromis的CMOS-fab友好型QST衬底的热膨胀非常匹配GaN / AlGaN外延层的热膨胀，为更厚的缓冲层铺平了道路，从而实现更高的电压工作。

Aixtron首席执行官兼总裁Felix Grawert表示：“将Imec的1200V GaN-on-QST外延技术成功开发到Aixtron的MOCVD反应器中是我们与Imec合作的下一步。”

“早些时候，在Imec的设施中安装了Aixtron G5 + C之后，Imec专有的200mm GaN-on-Si材料技术就通过了我们的G5 + C大批量制造平台验证，针对例如高压电源开关和RF应用，使我们的客户可以通过预先验证的可用外延配方实现快速的产量提升。”

“有了这项新成就，我们将能够共同开拓新市场。” 目前，横向电子模式器件正在处理中，以证明其在1200V电压下的性能，并且正在努力将该技术扩展到更高电压的应用；此外，Imec还正在探索8英寸GaN-on-QST垂直GaN器件，以进一步扩展GaN基技术的电压和电流范围。