比利時微電子研究中心(Imec)在200毫米/8英寸硅基上成功開發出200V和650V無色散常閉式/增強型氮化鎵功率器件。它具有超低動態導通電阻(20%以下)、最先進的性能和再現性。此外,壓力測試也展示了良好的器件可靠性。該技術正在準備進行原型設計、定制化小批量生產與技術轉移。
與硅相比,氮化鎵技術可以實現更快開關的功率器件,具有更高的擊穿電壓和較低的導通電阻,因而氮化鎵成為先進功率電子器件的理想材料。比利時微電子研究中心的硅基氮化鎵功率器件技術不采用金屬,并且與硅晶圓廠的晶圓處理和污染要求相符合。氮化鎵器件結構的關鍵部分是緩沖層,它需要適應AlGaN/GaN材料體系和硅襯底之間的晶格參數和熱膨脹系數的巨大差異。比利時微電子研究中心在緩沖層設計方面取得了突破性進展(正在申請專利):允許在大直徑200mm晶圓上生長650VGaN緩沖層。通過將硅襯底的厚度和摻雜相結合,200mm氮化鎵襯底的產量不斷增加,可以低成本生產氮化鎵功率器件,逐漸具有競爭力。此外,研究人員已優化清洗和介電沉積條件,并且將繼續研究場板設計(用于實現性能改進的常用技術)。因此,該器件在25℃~150℃全溫度范圍、650V內呈現出低于20%的動態導通電阻。這意味著從關斷狀態切換后的晶體管導通狀態幾乎沒有變化,這是氮化鎵技術的典型挑戰。
比利時微電子研究中心氮化鎵技術的項目經理Stefaan Decoutere說:“在大直徑襯底(200mm/8英寸)上制成硅基氮化鎵功率器件后,接下來,比利時微電子研究中心將對常閉式/增強型氮化鎵功率器件技術進行原型設計、小產量生產以及全技術轉移。在增強型功率器件開關旁邊,Imec還提供側向肖特基二極管,用于功率開關。基于Imec專有器件架構,該二極管結合了低開啟電壓和低泄露電流,高達650V——這是一個非常具有挑戰性的組合。”(工業和信息化部電子第一研究所 許文琪)