Forbedrede strømudstyr åbner vejen for højspændingsapplikationer

Strømhalvledere spiller en vigtig rolle i strømkonvertering i en bred vifte af elektronisk udstyr, vi bruger i vores hverdag, fra smartphones og computere til fotovoltaik og elbiler. I betragtning af den omfattende og globale brug af strømhalvledere, forskere har fokuseret på at gøre dem mere energieffektive og omkostningseffektive.

Der er gjort store skridt mod dette mål gennem PowerBase, et delvist EU-finansieret projekt med 39 partnere fra 9 europæiske lande. PowerBase -midler bidrog også til udviklingen af ​​ny galliumnitrid (GaN) substratteknologi baseret på hvilken strømudstyr vil kunne fungere ved spændinger ud over 650 V. Denne udvikling blev for nylig annonceret af et internationalt F &U- og innovationshub med hovedsæde i Belgien og en amerikansk fabless teknologi firma. Deres fælles indsats resulterede i dette fremskridt mod mere effektive el -halvledere.

De nye strømudstyrs energieffektivitet opnås gennem GaN, en lovende teknologi til strømhalvleder applikationer. Varme som følge af effekttab er en stor bivirkning inden for elektronik. Når de fungerer, elektroniske apparater og kredsløb genererer varme. Jo mere og hurtigere de arbejder, jo mere overskudsvarme dannes, som i sidste ende kompromitterer ydeevnen og fører til deres for tidlige fiasko. Med sine højere nedbrydningsstyrker og hurtigere skiftehastigheder, GaN har potentiale til at reducere energitab under strømkonvertering.

Indtil nu, GaN-on-silicium-teknologi er blevet brugt til kommercielle GaN-strømudstyr, der arbejder på op til 650 V, med 200 mm bufferlag mellem GaN-enheden og siliciumsubstratet. Imidlertid, til applikationer såsom vedvarende energi og elektriske køretøjer hvis behov rækker ud over 650 V, GaN-baserede strømudstyr har vist sig at være problematiske.

Vanskeligheden ligger i at øge tykkelsen af ​​bufferen, som er baseret på aluminium galliumnitrid (AlGaN), til de niveauer, der kræves for højere nedbrydning og lave lækager. Dette skyldes, at der er en uoverensstemmelse i koblingskoefficienten for termisk ekspansion (CTE) mellem GaN/AlGaN epitaxiale lag og siliciumsubstratet. Simpelthen sagt, de to udvider ikke i samme hastighed med en ændring i temperaturen. Selvom tykkere siliciumsubstrater er blevet betragtet som en måde at forhindre wafer warp og sløjfe på 900 V og derover, de giver anledning til andre bekymringer såsom tab af mekanisk styrke og kompatibilitetsproblemer i nogle behandlingsværktøjer.

Problemet er blevet løst med udviklingen af ​​high-performance enhancement mode p-GaN power-enheder på 200 mm CTE-matchede substrater. Den termiske ekspansion af substraterne matcher meget tæt den for GaN/AlGaN epitaksiale lag. Dette lægger grundlaget for strømudstyr med 900 til 1 200 V buffere og derover på standardtykkelse på 200 mm underlag, med spændende nye muligheder for fremtidige kommercielle applikationer.

Nu når den sin konklusion, PowerBase (Forbedrede substrater og GaN -pilotlinjer, der muliggør kompakte strømapplikationer) har arbejdet på at fremme de nuværende strømhalvlederteknologier. For at opnå dette, det har fokuseret på at oprette en kvalificeret pilotlinje for GaN-teknologi med bredt båndgab og udvide grænserne for nutidens siliciumbaserede substratmaterialer til halvledere. Andre mål omfattede introduktion af avancerede emballageløsninger ud af en dedikeret chip -indlejringspilotlinje og demonstration af innovationspotentiale i førende kompakte strømapplikationsdomæner.