La plupart des dispositifs GaN actuellement disponibles sur le marché sont de type latéral, qui forment une couche active de nitrure de gallium sur un substrat de silicium. Cela permet de réaliser les caractéristiques haute fréquence du GaN à un coût relativement faible. Cependant, il est généralement difficile pour les dispositifs GaN à base de silicium d’atteindre des tensions de panne de 650V ou plus.

Par rapport aux dispositifs de type latéral, les dispositifs verticaux GaN peuvent simultanément atteindre une tension plus élevée et des capacités de courant plus élevées. Par conséquent, de nombreuses entreprises s’efforcent de développer des dispositifs de type vertical. Cependant, le coût de la mise au point de dispositifs GaN verticaux est trop élevé. Comme nous le savons tous, les substrats en nitrure de gallium sont chers et sont offerts en petites tailles (2-4 pouces).

Le 12 mai, l’alliance européenne YESvGaN a présenté une nouvelle solution verticale de transistor de puissance GaN à PCIM Europe 2023. Le coût de cette solution peut être réduit pour être au même niveau que les dispositifs de nitrure de gallium à base de silicium.

YESvGaN Alliance est un projet de recherche européen composé de 23 entreprises/organisations de sept pays, dont STMicroelectronics, Soitec et X-FAB. Il a été créé avec le soutien de l’union européenne' S ECSEL JU recherche et développement et financement national des pays européens. En 2021, le projet a officiellement été lancé dans le but d’étudier de nouveaux transistors de puissance verticaux GaN.

Selon l’introduction, l’alliance développe un "vertical GaN mince film transistor" Technologie qui élimine l’utilisation de substrats de nitrure de gallium et utilise plutôt des substrats de silicium et de saphir, pour obtenir des avantages en termes de coûts grâce à la croissance hétéroépitaxiale de nitrure de gallium.

En termes simples, après la croissance du nitrure de gallium, ils éliminent le silicium sous-jacent, le substrat de saphir et la couche tampon sous la zone de l’appareil, et se connectent directement à la couche GaN.#39; S contacts métalliques par l’arrière.

L’objectif de cette technologie est de développer des transistors de puissance GaN quasi-verticaux avec des tensions de coupure allant de 650V à 1200V, en utilisant des tranches de silicium ou de saphir de 12 pouces (300mm). Il vise à combiner les avantages des structures verticales avec les avantages de coût du GaN à base de silicone/du GaN saphir.

Il est rapporté qu’ils prendront les mesures suivantes pour atteindre les objectifs susmentionnés:

• Développer une technologie pour la culture d’épaisses couches de dérives sur des substrats de silicium et de saphir en utilisant l’épitaxie, ciblant un diamètre de plaquette de 300mm pour atteindre des niveaux de tension de rupture de 650 à 1200 v.

• Développer des transistors de puissance GaN orientés verticalement avec des coûts comparables à des igbt au silicium, atteignant jusqu’à 1200V/100A avec une sur-résistance de 4mωcm2.

• Utiliser des techniques avancées de collage et de peeling pour enlever le substrat de silicium et la couche tampon par la gravure à sec, améliorer le substrat de saphir par le décollage au laser et la formation de contacts ohmiques, et effectuer la métallisation en puissance sur le dos.

• Développer de nouvelles technologies d’emballage et d’interconnexion pour les transistors de puissance verticaux GaN développés, et effectuer les évaluations de fiabilité correspondantes.

• Créez des fiches techniques pour les transistors de puissance et présentez les améliorations de l’efficacité du système dans plusieurs démonstrations d’applications.

À cette année' S PCIM, YESvGaN a présenté trois réalisations du processus:

1. Diodes verticales GaN cultivées sur substrats silicium/saphir avec des tensions de rupture supérieures à 500V.

2. Épluchage du substrat de silicium réalisé sur une plaquette de nitrure de gallium à base de silicium de 150mm.

3. Formation de films minces sans défaut de nitrure de gallium d’un diamètre maximum de 5mm et d’une épaisseur de 4 micromètres.

Ils ont déclaré, " bien que nous n’avons pas encore atteint le stade final de la production de transistors, nous continuons nos recherches. Une fois cette technologie réalisée, nous prévoyons accélérer la production à grande échelle de nitrure de gallium vertical."

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