法國IEMN研究所的Farid Medjdoub博士領(lǐng)導(dǎo)的一支團(tuán)隊(duì)制造出了器件，并在由德國ALLOS Semiconductors公司提供的兩款不同的硅基氮化鎵外延片產(chǎn)品上進(jìn)行了測量。其中之一是ALLOS即將推出的專為1200V器件應(yīng)用設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的原型。IEMN借助該外延片實(shí)現(xiàn)了超過1400V的縱向和1600V的橫向(接地)擊穿電壓。另一款外延片是ALLOS針對600V應(yīng)用推出的成熟產(chǎn)品，同樣顯示出非常高的1200V擊穿電壓以及更高的橫向和縱向測量值。
適用于1200V器件應(yīng)用的新型外延片產(chǎn)品來自ALLOS正在進(jìn)行的一項(xiàng)內(nèi)部開發(fā)計(jì)劃。該產(chǎn)品的強(qiáng)勁性能歸功于一個(gè)創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)結(jié)合了ALLOS的獨(dú)特應(yīng)變工程和高晶體質(zhì)量方式，以及用于抑制泄漏和進(jìn)一步提高擊穿電壓的其他措施。這種強(qiáng)勁性能的實(shí)現(xiàn)并未以犧牲晶體質(zhì)量或晶片彎曲度等其他基本參數(shù)為代價(jià)，也未引入碳摻雜。外延生長是在標(biāo)準(zhǔn)Aixtron G5 MOCVD反應(yīng)器上進(jìn)行的。
在2017年11月于北京舉行的國際第三代半導(dǎo)體論壇 (IFWS)上，ALLOS展示了使用ALLOS 600V外延片的一位行業(yè)合作伙伴所給出的器件結(jié)果。憑借成熟的器件設(shè)計(jì)和針對高達(dá)1000V泄漏的測量設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了600V下0.003μA/mm2和1000V下0.033μA/mm2的值?！拔覀兊暮献骰锇榻o出的這一反饋對我們來說真是好消息，因?yàn)檫@又一次證明了我們在600V應(yīng)用領(lǐng)域的強(qiáng)大技術(shù)實(shí)力。”ALLOS首席技術(shù)官Atsushi Nishikawa博士解釋道，“現(xiàn)在最大的問題是在1000V以上的哪個(gè)電壓下會(huì)出現(xiàn)物理擊穿，以及我們能否在1200V領(lǐng)域再續(xù)輝煌。”
有了IEMN顯示的結(jié)果，現(xiàn)在可以給出答案。它使用了簡化的器件設(shè)計(jì)和流程，獲得反饋的速度比工業(yè)流程快了許多。在ALLOS針對1200V器件推出的新型外延片產(chǎn)品的原型上，IEMN實(shí)現(xiàn)了超過1400V的縱向和1600V的橫向(接地)擊穿電壓(分別為圖1(a)和2(b))。使用浮動(dòng)測量設(shè)置補(bǔ)充表征產(chǎn)生了接觸距離為12μm時(shí)超過2000V的橫向擊穿電壓(圖1(c))。對于接觸距離為4μm時(shí)擊穿電壓已超過1100V的7μm厚外延堆棧，接觸距離為12μm時(shí)出現(xiàn)橫向浮動(dòng)擊穿電壓飽和(圖1(d))?！ ?/p>
來自IEMN的Farid Medjdoub博士在全面公正地看待這些結(jié)果后，給出了如下解釋：“在基板接地的情況下，ALLOS外延片可實(shí)現(xiàn)超過1400V的縱向和1600V的橫向擊穿電壓，明顯優(yōu)于我們迄今為止測量的來自各個(gè)行業(yè)和研究合作伙伴的所有樣品。此外，我們所看到的結(jié)果表明，器件性能在晶片上非常均勻，這對于實(shí)際器件生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的特性。”
在ALLOS的600V外延片產(chǎn)品上，IEMN實(shí)現(xiàn)了1200V的縱向和1500V的橫向(接地)擊穿電壓。這兩種外延片產(chǎn)品都沒有摻雜碳。碳常被硅基氮化鎵制造商用來增強(qiáng)分離效果，但對晶體質(zhì)量和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換行為有負(fù)面影響。這兩種產(chǎn)品均可提供 150mm晶片直徑對應(yīng)的675μm 厚度以及200mm晶片直徑對應(yīng)的725μm厚度。所有ALLOS外延片產(chǎn)品的彎曲度都被嚴(yán)格控制在30μm以下。
“現(xiàn)有的結(jié)果表明，我們已經(jīng)達(dá)到了橫向1.7MV/cm和縱向2MV/cm 的水平，我們還有一項(xiàng)旨在實(shí)現(xiàn)外延片級別進(jìn)一步改進(jìn)的計(jì)劃?，F(xiàn)在是時(shí)候與1200V產(chǎn)品系列的工業(yè)合作伙伴建立強(qiáng)大的合作伙伴關(guān)系了。” ALLOS首席執(zhí)行官Burkhard Slischka說道。“由于我們是一家純粹的外延片技術(shù)提供商，沒有自己的器件制造業(yè)務(wù)，因而我們正在尋求與經(jīng)驗(yàn)豐富的電力電子企業(yè)密切合作，以利用其基于硅基氮化鎵的1200V應(yīng)用帶來的機(jī)會(huì)。憑借我們的技術(shù)，硅基氮化鎵具備與碳化硅性能相媲美的潛力，而成本僅為晶片成本的一小部分?！?/p>
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