Vermindering van de kosten van verticale MOSFET's met behulp van laser-snijtechnologie - GaN WAFER

GaN Vertical MOSFET's zijn veelbelovende vermogenstoestellen voor elektrische voertuigen, die vergelijkbare SiC-toestellen overtreffen op het gebied van kanaalmobiliteit, een belangrijke maatstaf.de hoge kosten van inheemse substraten hebben hun commercieel succes belemmerd.

Om dit probleem aan te pakken, hebben verschillende teams onderzoek gedaan naar technologieën voor het recyclen van GaN-substraten.Universiteit van Nagoya, en Hamamatsu heeft beweerd de meest uitgebreide demonstratie van het succes van deze methode te hebben uitgevoerd.

Volgens Takashi Ishida, een woordvoerder van het Mirise-team, waren eerdere rapporten over GaN-substraatrecycling beperkt tot het evalueren van delen van het proces."Het is van essentieel belang de kenmerken te evalueren van hulpmiddelen die zijn vervaardigd op gerecyclede wafers.Onze krant is de eerste die deze resultaten rapporteert".

Ishida voegt eraan toe dat hoewel hun resultaten bemoedigend zijn, er nog meer werk nodig is voordat dit proces op industriële schaal kan worden toegepast.Aangezien GaN-substraten meerdere malen moeten worden gerecycled om de productiekosten te verlagen, is het noodzakelijk aan te tonen dat de producten die na meerdere recyclingrondes op een substraat worden gekweekt, niet nadelig worden beïnvloed.

Zoals in de figuur wordt weergegeven, bestaat het recyclingproces van het Japanse team uit het gebruik van een 532 nm laser om apparaten van het substraat te scheiden.Deze lichtbron bestraalt het substraat van de N-face, en door absorptie van twee fotonen op het brandpuntvlak ontbindt het substraat in metaal gallium en stikstof.

Na scheiding wordt het N-gezicht van de chips gepolijst om een glad oppervlak te bereiken, gevolgd door metaalafzetting en verpakking.

Het Ga-gezicht van het vrijgekomen substraat wordt eerst gepolijst, vervolgens chemisch mechanisch gepolijst om vlakheid op atoomniveau te bereiken en vervolgens wordt HVPE gebruikt om een GaN-laag van ongeveer 90 μm dik te deponeren.Volgens het team lijkt het GaN-substraat na deze extra chemische mechanische polijststap als nieuw.

Om hun proces te evalueren, heeft het onderzoeksteam de prestaties gemeten van laterale MOSFET's en verticale p-n-diodes die op dezelfde wafer zijn vervaardigd.Beide soorten apparaten zijn gevormd uit epitaxiale wafers die zijn geproduceerd in het MOCVD-proces: eerst een 4 μm dikke n-type GaN-laag gedopeerd op 1 x 10^17 cm^-3, gevolgd door een 2 μm dikke p-type GaN-laag gedopeerd op 5 x 10^17 cm^-3.

In het onderzoek werd eerst de prestaties van beide soorten apparaten beoordeeld vóór en na het in stukken dichten van GaN-substraat.Grafieken van MOSFET-afvoerstroom en poortstroom bij verschillende poortspanningen en diode-omgekeerde stroom bij verschillende omgekeerde biaswaarden lieten geen significante veranderingen zien als gevolg van laserdicingDit leidde het onderzoeksteam tot de conclusie dat de apparaten "slechts beïnvloed" werden door het blokkenproces.de verwarming van de laserbron en de spanningen in verband met de scheiding kunnen een invloed hebben gehad.

Takashi Ishida en zijn collega's vergeleken deze metingen met die van laterale MOSFET's en verticale p-n-dioden die zijn geproduceerd met behulp van gerecycleerde substraten.met een verschil in de doorlaatstroom voor de laterale MOSFET's, toegeschreven aan verschillen in de kwaliteit van de poortisolatie.

Volgens het onderzoeksteam wijzen hun bevindingen erop dat de prestaties van apparaten na het GaN-recyclingproces niet aanzienlijk verslechterden.

Takashi Ishida stelt dat naast het recyclen van GaN-substraten ook de grootte ervan moet worden verhoogd om de productiekosten van de apparaten concurrerender te maken.Het onderzoeksteam is geïnteresseerd in het demonstreren van hun recyclingproces met grotere GaN-substraten.

Dit benadrukt de voordelen van GaN-substraten.

• Hoge breukspanning: GaN-substraten kunnen hoge spanningen aan, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen met een hoog vermogen.
• Hoge elektronenmobiliteit: GaN-substraten vertonen een hoge elektronenmobiliteit, wat bijdraagt aan snellere schakelingssnelheden en een hogere efficiëntie.
• Grote bandgap: GaN heeft een brede bandgap, waardoor apparaten kunnen werken bij hogere temperaturen en spanningen in vergelijking met apparaten op basis van silicium.
• Hoge warmtegeleiding: GaN-substraten hebben een superieure thermische geleidbaarheid, wat bijdraagt aan een efficiënte warmteafvoer en de betrouwbaarheid van het apparaat verbetert.
• Lage weerstand: Apparaten die zijn gebouwd op GaN-substraten hebben meestal een lagere brandweerstand, wat leidt tot lagere geleidingsverliezen en verbeterde algemene prestaties.
• Hoogfrequentiekapaciteit: GaN-substraten zijn geschikt voor hoogfrequente toepassingen, waaronder RF- en microgolfcommunicatie.
• Robuustheid: GaN-apparaten zijn robuuster en kunnen bestand zijn tegen harde omgevingsomstandigheden, waardoor ze geschikt zijn voor veeleisende toepassingen.
• Verminderde grootte en gewicht: Apparaten op basis van GaN kunnen kleiner en lichter zijn dan hun silicium-tegenhangers, wat gunstig is in toepassingen waar ruimte en gewicht van cruciaal belang zijn.
• Verbeterde efficiëntie: De inherente eigenschappen van GaN leiden tot een verbeterde efficiëntie bij de omzetting van energie, wat cruciaal is voor toepassingen zoals elektrische voertuigen en hernieuwbare energiesystemen.
• Verbeterde prestaties in omgevingen met hoge temperaturen: GaN-substraten presteren goed in omgevingen met hoge temperaturen en behouden hun efficiëntie en betrouwbaarheid.
• Potentieel voor kostenreductie: Naarmate de recycling- en productieprocessen voor GaN-substraten verbeteren, kunnen de kosten worden verlaagd, waardoor apparaten op basis van GaN commercieel levensvatbaarder worden.
• Compatibiliteit met geavanceerde vervaardigingstechnieken: GaN-substraten kunnen worden geïntegreerd met geavanceerde fabricagetechnieken, zoals laserdicing, om de prestaties van het apparaat verder te verbeteren en de productiekosten te verlagen.

GaN kunnen we leveren

GaN Galliumnitried Wafer Hoge elektron mobiliteit RF apparaten Opto-elektronica En LEDs ((klik op de afbeelding voor meer)

Met een brede bandbreedte, hoge elektronenmobiliteit en een hoge bandbreedte, zijn de wafers van galliumnitride (GaN) door hun unieke materiële eigenschappen een centrale technologie in verschillende industrieën geworden.en uitzonderlijke thermische stabiliteitDeze abstract onderzoekt de veelzijdige toepassingen van GaN-wafers, zoals de optische en elektronische apparatuur.van 5G-communicatie tot het verlichten van LED's en het ontwikkelen van zonne-energiesystemenDe hoogwaardige prestaties van GaN maken het een hoeksteen in de ontwikkeling van compacte en efficiënte elektronische apparaten, die invloed hebben op sectoren als de automobielelektronica, de luchtvaart, deen hernieuwbare energieAls een drijvende kracht in technologische innovatie blijven GaN-wafers de mogelijkheden in verschillende industrieën herdefiniëren en het landschap van moderne elektronica en communicatiesystemen vormgeven.