Riduzione del costo dei MOSFET verticali utilizzando la tecnologia di laser-dicing - GaN WAFER

I MOSFET verticali GaN sono dispositivi di alimentazione promettenti per veicoli elettrici, superando simili dispositivi SiC in termini di mobilità del canale, una metrica chiave.l'alto costo dei substrati nativi ha ostacolato il loro successo commerciale.

Per affrontare questo problema, diversi gruppi hanno studiato le tecnologie di riciclo del substrato di GaN, tra cui un gruppo di collaborazione composto da ricercatori di Mirise Technologies,Nagoya University, e Hamamatsu ha affermato di aver condotto la dimostrazione più completa del successo di questo metodo.

Secondo Takashi Ishida, portavoce del team Mirise, i precedenti rapporti sul riciclaggio del substrato di GaN erano limitati a valutare parti del processo."È essenziale valutare le caratteristiche dei dispositivi fabbricati su wafer riciclatiIl nostro articolo è il primo a riportare questi risultati".

Ishida aggiunge che, sebbene i loro risultati siano incoraggianti, è necessario fare più lavoro prima che questo processo possa essere applicato su scala industriale.Poiché i substrati di GaN devono essere riciclati più volte per ridurre i costi di produzione, è necessario dimostrare che i dispositivi coltivati su substrati dopo più cicli di riciclo non subiscono effetti negativi.

Come illustrato nella figura, il processo di riciclaggio del team collaborativo giapponese prevede l'uso di un laser a 532 nm per separare i dispositivi dal substrato.Questa sorgente luminosa irradia il substrato dalla faccia N, e attraverso l'assorbimento di due fotoni nel piano focale, il substrato si decompone in gallio metallico e azoto.

Dopo la separazione, la faccia a N dei frammenti viene lucidata per ottenere una superficie liscia, seguita dalla deposizione metallica e dall'imballaggio.

La superficie di Ga del substrato rilasciato viene prima lucidata, quindi lucidata chimicamente meccanicamente per ottenere una piattezza a livello atomico e quindi HVPE viene utilizzato per depositare uno strato di GaN di spessore di circa 90 μm.Secondo il team, dopo questa ulteriore fase di lucidatura chimica meccanica, il substrato di GaN appare come nuovo.

Per valutare il loro processo, il team di ricerca ha misurato le prestazioni di MOSFET laterali e diodi p-n verticali fabbricati sullo stesso wafer.Entrambi i tipi di dispositivi sono stati formati da wafer epitaxiali prodotti nel processo MOCVD: prima, uno strato di GaN di tipo n di 4 μm di spessore dopato a 1 x 10^17 cm^-3, seguito da uno strato di GaN di tipo p di 2 μm di spessore dopato a 5 x 10^17 cm^-3.

Lo studio ha valutato in primo luogo le prestazioni di entrambi i tipi di dispositivi prima e dopo la distillazione del substrato GaN.I grafici della corrente di scarico del MOSFET e della corrente del cancello a diverse tensioni del cancello e della corrente inversa del diodo a diversi valori di bias inverso non hanno mostrato cambiamenti significativi a causa del taglio laserQuesto ha portato il team di ricerca a concludere che i dispositivi sono stati "poco influenzati" dal processo di dischi,Come il riscaldamento della sorgente laser e le sollecitazioni relative al passaggio di separazione potrebbe aver avuto un impatto.

Takashi Ishida e i suoi colleghi hanno confrontato queste misurazioni con quelle di MOSFET laterali e diodi p-n verticali prodotti con substrati riciclati.con una differenza di corrente di fuga di cancello per i MOSFET laterali, attribuita a variazioni della qualità dell'isolatore di cancello.

Secondo il team di ricerca, i risultati indicano che le prestazioni dei dispositivi non si sono significativamente degradate dopo il processo di riciclaggio del GaN.

Takashi Ishida afferma che, oltre al riciclo dei substrati di GaN, è necessario aumentarne le dimensioni per rendere i costi di produzione dei dispositivi più competitivi.Il gruppo di ricerca è interessato a dimostrare il loro processo di riciclaggio utilizzando substrati di GaN più grandi.

Ciò evidenzia i vantaggi dei substrati GaN.

• Alta tensione di rottura: I substrati GaN sono in grado di gestire elevate tensioni, rendendoli ideali per applicazioni ad alta potenza.
• Alta mobilità elettronica: i substrati GaN presentano un'elevata mobilità elettronica, che contribuisce a velocità di commutazione più rapide e a una maggiore efficienza.
• Largo intervallo: Il GaN ha un ampio intervallo di banda, consentendo ai dispositivi di funzionare a temperature e tensioni più elevate rispetto ai dispositivi a base di silicio.
• Alta conduttività termica: I substrati GaN hanno una conduttività termica superiore, che contribuisce a una dissipazione del calore efficiente e migliora l'affidabilità del dispositivo.
• Basso livello di resistenza: I dispositivi costruiti su substrati GaN hanno in genere una resistenza di accensione inferiore, che porta a minori perdite di conduzione e a prestazioni complessive migliorate.
• Capacità ad alta frequenza: I substrati GaN sono adatti per applicazioni ad alta frequenza, comprese le comunicazioni RF e a microonde.
• Robustezza: I dispositivi GaN sono più robusti e resistenti alle difficili condizioni ambientali, rendendoli adatti ad applicazioni impegnative.
• Dimensione e peso ridotti: I dispositivi a base di GaN possono essere più piccoli e più leggeri rispetto alle loro controparti in silicio, il che è vantaggioso in applicazioni in cui lo spazio e il peso sono critici.
• Migliorata efficienza: Le proprietà intrinseche del GaN portano a una migliore efficienza nella conversione di energia, che è cruciale per applicazioni come veicoli elettrici e sistemi di energia rinnovabile.
• Miglioramento delle prestazioni in ambienti ad alta temperatura: I substrati di GaN hanno buone prestazioni in ambienti ad alta temperatura, mantenendo la loro efficienza e affidabilità.
• Potenziale di riduzione dei costi: Man mano che i processi di riciclaggio e produzione dei substrati di GaN migliorano, i costi possono essere ridotti, rendendo i dispositivi basati sul GaN più commerciabili.
• Compatibilità con tecniche di fabbricazione avanzate: I substrati GaN possono essere integrati con tecniche di fabbricazione avanzate, come la distillazione laser, per migliorare ulteriormente le prestazioni del dispositivo e ridurre i costi di produzione.

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