Günstiger und effizienter als Si-basierende Lösungen
Imec startet 300-mm-GaN-Programm
Jessica MoucheghJessicaMouchegh
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300-mm-GaN-auf-Si-Wafer von Aixtron, geprüft mit einem Gerät der Serie 8/CIRCLTM von KLA, nach p-GaN-Ätzung durch Imec.(Bild: Imec)
Das Forschungszentrum Imec hat ein offenes Programm für 300-mm-GaN gestartet, um ein robustes Ökosystem aufzubauen und Innovationen voranzutreiben. Ziel ist die Entwicklung von Leistungsbausteinen für die Nieder- und Hochspannungselektronik.
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Imec begrüßt Aixtron, GlobalFoundries, KLA Corporation, Synopsys und Veeco als erste Partner des offenen Innovationsprogramms für 300-mm-Galliumnitrid (GaN) für Anwendungen in der Nieder- und Hochspannungs-Leistungselektronik. Das Programm ist Teil des Industriepartnerschaftsprogramms (IIAP) von Imec für GaN-Leistungselektronik und wurde ins Leben gerufen, um 300-mm-GaN-Epi-Wachstum sowie Prozessabläufe für GaN-Hochgeschwindigkeits-Transistoren (HEMT) für Nieder- und Hochspannung zu entwickeln.
Die aktuelle Markteinführung von GaN-basierenden Schnellladegeräten unterstreicht das Potenzial der GaN-Technologie für Anwendungen in der Leistungselektronik. Dank kontinuierlicher Fortschritte in den Bereichen GaN-Epitaxie, GaN-Baustein- und IC-Fertigung, Zuverlässigkeit und Robustheit sowie Optimierung auf Systemebene ist die GaN-Technologie bereit für eine neue Generation von Leistungselektronikprodukten mit kleineren Abmessungen, geringerem Gewicht und höherer Energieumwandlungseffizienz als Si-basierende Lösungen. Beispiele hierfür sind Bordladegeräte und DC/DC-Wandler für Automobilanwendungen, Wechselrichter für Solaranlagen und Stromverteilungssysteme für Telekommunikations- und KI-Rechenzentren.
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Entwicklungsmasken-Set für GaN-HEMTs auf 300-mm-Substraten: Das Programm etabliert zunächst eine laterale p-GaN-HEMT-Technologieplattform für Niederspannungsanwendungen.(Bild: Imec)
Ein bemerkenswerter Trend in der GaN-Technologie ist der Übergang zu größeren Waferdurchmessern. Während die Kapazitäten derzeit überwiegend auf 200 mm verfügbar sind, geht Imec mit der Einführung des 300-mm-GaN-Programms den nächsten Schritt. Dabei gehen die Vorteile der Umstellung auf 300-mm-Wafer über die Steigerung der Produktionskapazität und die Senkung der Herstellungskosten hinaus. Die 300-mm-Anlagen ermöglichen die Entwicklung GaN-basierender Leistungsbausteine wie aggressiv skalierter Niederspannungs-p-GaN-Gate-HEMTs für den Einsatz in Point-of-Load-Wandlern, die eine energieeffiziente Stromverteilung für CPUs und GPUs unterstützen.
Im Rahmen des Programms wird zunächst eine grundlegende laterale p-GaN-HEMT-Technologieplattform für Niederspannungsanwendungen (100 V und darüber) unter Verwendung von 300 mm Si(111) als Substrat etabliert. Zu diesem Zweck entstehen derzeit Prozessmodule mit Schwerpunkt auf der p-GaN-Ätzung und der Bildung ohmscher Kontakte; später sollen dann Hochspannungsanwendungen hinzukommen. Für 650 V und darüber kommen 300-mm-Halbleiter-Spezifikationen und CMOS-kompatible QST-Substrate (ein Material mit polykristallinem AlN-Kern) zum Einsatz. Während der Entwicklung stehen die Kontrolle der Wölbung und die mechanische Festigkeit der 300-mm-Wafer im Vordergrund.
Der Start des 300-mm-GaN-Programms erfolgt nach Tests zur Handhabung der Wafer und der Entwicklung von Maskensätzen. Bis Ende 2025 soll die vollständige 300-mm-Ausstattung im Reinraum installiert sein.
