Zmniejszenie kosztów pionowych MOSFET za pomocą technologii laserowej - GaN WAFER

GaN Vertical MOSFETs są obiecującymi urządzeniami zasilania dla pojazdów elektrycznych, przewyższając podobne urządzenia SiC pod względem mobilności kanału, kluczowej metryki.wysokie koszty rodzimych substratów utrudniały ich komercyjny sukces.

Aby rozwiązać ten problem, różne zespoły badały technologie recyklingu substratu GaN.Uniwersytet w Nagoya, a Hamamatsu twierdzi, że przeprowadził najbardziej kompleksową demonstrację sukcesu tej metody.

Według Takashi Ishidy, rzecznika zespołu Mirise, wcześniejsze raporty dotyczące recyklingu substratu GaN ograniczały się do oceny części procesu."Wyznacza się ocenę właściwości wyrobów wytwarzanych z płytek z recyklinguNasz artykuł jest pierwszym, który opublikował te wyniki".

Ishida dodaje, że chociaż wyniki są zachęcające, trzeba jeszcze wiele zrobić, aby zastosować ten proces w skali przemysłowej.Ponieważ substraty GaN muszą być wielokrotnie poddawane recyklingowi w celu zmniejszenia kosztów produkcji, konieczne jest wykazanie, że wyroby uprawiane na podłożu po wielokrotnym recyklingu nie ulegają niekorzystnemu wpływowi.

Jak pokazano na rysunku, japoński zespół współpracujący w procesie recyklingu wykorzystuje laser 532 nm do oddzielenia urządzeń od podłoża.To źródło światła promieniuje podłoże z N-strony, a poprzez wchłanianie dwóch fotonów w płaszczyźnie ogniskowej, podłoże rozkłada się na metalowy galium i azot.

Po oddzieleniu, N-strona żetonów jest polerowana w celu uzyskania gładkiej powierzchni, po czym następuje osadzenie metalu i pakowanie.

Po pierwsze, powierzchnia Ga uwolnionego podłoża jest polerowana, a następnie chemicznie i mechanicznie polerowana w celu osiągnięcia płaskości na poziomie atomowym, a następnie HVPE jest używany do osadzania warstwy GaN o grubości około 90 μm.Według zespołu, po tym dodatkowym etapie polerowania chemicznego i mechanicznego, podłoże GaN wygląda jak nowe.

Aby ocenić proces, zespół badawczy zmierzył wydajność bocznych MOSFET i pionowych diod p-n wykonanych na tej samej płytce.Oba typy urządzeń zostały utworzone z płytek epitaksyalnych wytworzonych w procesie MOCVD: najpierw warstwa GaN typu n o grubości 4 μm dopingowana na 1 x 10^17 cm^-3, a następnie 2 μm grubość warstwy GaN typu p dopingowana na 5 x 10^17 cm^-3.

W badaniu najpierw oceniono wydajność obu rodzajów urządzeń przed i po obcinaniu substratu GaN.Grafy prądu odpływowego MOSFET i prądu bramki przy różnych napięciach bramki i odwrotnego prądu diody przy różnych wartościach odwrotnego uprzedzenia nie wykazały znaczących zmian z powodu laserowego krojeniaTo doprowadziło zespół badawczy do wniosku, że urządzenia były " ledwo dotknięte" przez proces krojówki,ponieważ podgrzewanie źródła lasera i naprężenia związane z etapem separacji mogły mieć wpływ.

Takashi Ishida i jego współpracownicy porównali te pomiary z pomiarami bocznych MOSFET i pionowych diod p-n produkowanych z wykorzystaniem podłoża z recyklingu.z różnicą prądu wycieku bramy dla bocznych MOSFET, przypisane różnicom w jakości izolacji bramy.

Według zespołu badawczego ich wyniki wskazują, że wydajność urządzeń nie uległa znacznemu pogorszeniu po procesie recyklingu GaN.

Takashi Ishida stwierdza, że oprócz recyklingu substratów GaN konieczne jest zwiększenie ich wielkości, aby koszty produkcji urządzeń były bardziej konkurencyjne.Zespół badawczy jest zainteresowany demonstracją procesu recyklingu przy użyciu większych substratów GaN.

Podkreśla to zalety substratów GaN.

• Wysokie napięcie awaryjne: Substraty GaN mogą obsługiwać wysokie napięcia, co czyni je idealnymi do zastosowań o dużej mocy.
• Wysoka mobilność elektronów: Substraty GaN wykazują wysoką mobilność elektronów, co przyczynia się do szybszych prędkości przełączania i większej wydajności.
• Szeroki przepływ: GaN ma szeroki zakres, co pozwala urządzeniom działać w wyższych temperaturach i napięciach w porównaniu z urządzeniami na bazie krzemu.
• Wysoka przewodność cieplna: Substraty GaN mają wyższą przewodność cieplną, co pomaga w efektywnym rozpraszaniu ciepła i zwiększa niezawodność urządzenia.
• Niski poziom oporu: Urządzenia zbudowane na substratach GaN zazwyczaj mają niższy rezystancję włączającą, co prowadzi do mniejszych strat przewodzenia i lepszej ogólnej wydajności.
• Zdolność wysokiej częstotliwości: Substraty GaN nadają się do zastosowań wysokiej częstotliwości, w tym RF i komunikacji mikrofalowej.
• Wzmocnienie: Urządzenia GaN są bardziej wytrzymałe i mogą wytrzymać trudne warunki środowiskowe, co czyni je odpowiednimi do wymagających zastosowań.
• Zmniejszone rozmiary i waga: Urządzenia oparte na GaN mogą być mniejsze i lżejsze niż ich odpowiedniki krzemu, co jest korzystne w zastosowaniach, w których przestrzeń i waga są kluczowe.
• Poprawa wydajności: Nierozerwalne właściwości GaN prowadzą do zwiększenia wydajności w konwersji energii, co ma kluczowe znaczenie dla zastosowań takich jak pojazdy elektryczne i systemy energii odnawialnej.
• Zwiększona wydajność w środowiskach o wysokiej temperaturze: Substraty GaN działają dobrze w środowiskach o wysokiej temperaturze, zachowując swoją wydajność i niezawodność.
• Możliwość obniżenia kosztów: W miarę poprawy procesów recyklingu i produkcji substratów GaN koszty mogą zostać zmniejszone, dzięki czemu urządzenia oparte na GaN stają się bardziej opłacalne handlowo.
• Kompatybilność z zaawansowanymi technikami wytwarzania: Substraty GaN mogą być zintegrowane z zaawansowanymi technikami wytwarzania, takimi jak laserowe cięcie, w celu dalszego zwiększenia wydajności urządzenia i zmniejszenia kosztów produkcji.

GaN możemy zapewnić

GaN Nitryd galliowy Wafer Wysoka mobilność elektronów Urządzenia RF Optoelektronika I diody LED (kliknij na zdjęcie, aby uzyskać więcej)

Płytki z azotanu galiu (GaN) stały się kluczową technologią w różnych gałęziach przemysłu ze względu na ich unikalne właściwości materiałowe.i wyjątkowa stabilność termiczna, płytki GaN znajdują zastosowanie w elektrotechnice mocy, urządzeniach RF, optoelektroniki i innych.od zasilania komunikacji 5G po oświetlenie diod LED i rozwój systemów energii słonecznejWysokowydajne właściwości GaN czynią go kamieniem węgielnym w rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń elektronicznych, wpływając na takie sektory jak elektronika motoryzacyjna, lotnictwo kosmiczne,i energii odnawialnejJako siła napędowa innowacji technologicznych płytki GaN nadal redefiniują możliwości w różnych gałęziach przemysłu, kształtując krajobraz nowoczesnych systemów elektronicznych i komunikacyjnych.