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目前市面上大多数GaN器件都是横向型——在硅衬底上形成氮化镓活性层,这样就能以相对较低的成本获得GaN的高频特性,但硅基GaN器件的击穿电压通常很难达到 650V或以上。 与横向型相比, 垂直GaN器件可同时实现更高的电压和更大的电流,因此很多企业都在往垂直型方向努力,但是开发垂直GaN器件成本太高,我们都知道,氮化镓衬底价格昂贵,且尺寸小(2-4英寸)。
5月12日,欧洲 YESvGaN 联盟在 PCIM Europe 2023上展示了新型垂直 GaN功率晶体管方案,其 成本可降低至 与硅基氮化镓器件相当。
YESvGaN 联盟是欧洲的一个研究项目,由意法半导体、Soitec、X-FAB等7个国家的23家公司/组织组成,由欧盟研究与发展计划ECSEL JU和欧洲国家资助成立。2021年,该项目正式 启动,旨在研究新型的垂直GaN功率晶体。
据介绍,该联盟正在开发一种 “垂直型GaN薄膜晶体管“技术,该技术可以不采用氮化镓衬底,二是采用硅和蓝宝石衬底,通过氮化镓异质外延生长来获得成本优势。
简单来说,他们在氮化镓生长后,移除器件区域下方的硅、蓝宝石衬底以及缓冲层,并从背面直接连接到 GaN 层金属触点。
该技术目标是使用直径12英寸(300毫米)的硅或蓝宝石晶圆,来开发 650-1200V的准垂直GaN功率晶体管,同时兼顾垂直结构的优点和硅基GaN/蓝宝石GaN的低成本优势。
YESvGaN 瞄准的垂直 GaN 薄膜晶体管的优势
据悉,他们将采取以下步骤来实现上述目标:
●开发在硅和蓝宝石衬底上外延生长厚漂移层的技术,目标晶圆直径300毫米,以实现650-1200V的击穿电压等级。
●开发成本跟硅IGBT相当垂直GaN功率晶体管,高达 1200V/100A、导通电阻为4mΩcm2。
●采用先进的 键合和剥离技术,通过干式蚀刻去除硅衬底和缓冲层,通过激光剥离和形成欧姆接触来提升蓝宝石衬底,并在背面进行功率金属化。
●为开发的垂直GaN功率晶体管开发新的封装和互连技术,并进行相应的可靠性鉴定。
●开发功率晶体管的数据表,并在几个应用演示中展示系统效率提高的成果。
在今年的PCIM上,YESvGaN展示了3个工艺成果——
1、 在硅/蓝宝石衬底上生长的垂直GaN二极管击穿电压 超过500V
2、 在150毫米硅基氮化镓晶圆上实现了硅衬底剥离
3、 形成 最大直径为5毫米、厚度为4微米的无缺陷氮化镓薄膜。
他们表示,”虽然目前还没有进入晶体管的最终量产阶段,但我们还在持续进行研究,该技术一旦实现,预计将加速 垂直氮化镓的大规模生产\"。 来源:行家说三代半