레이저 디싱 기술을 사용하여 수직 MOSFET의 비용을 줄이는 것--GaN WAFER

GaN 수직 MOSFET는 전기 차량에 대한 유망한 전력 장치이며, 채널 이동성 측면에서 유사한 SiC 장치를 능가합니다.원산지 기판의 높은 비용은 상업적 성공을 방해했습니다..

이 문제를 해결하기 위해 여러 팀들이 GaN 기판 재활용 기술을 조사하고 있습니다. 그 중 미리세 테크놀로지스,나고야 대학교, 하마마쓰는 이 방법의 성공에 대한 가장 포괄적인 시범을 실시했다고 주장했습니다.

미리세 연구팀의 대변인 타카시 이시다에 따르면, GaN 기판 재활용에 대한 이전 보고서는 과정의 일부를 평가하는 것으로 제한되었습니다. 이시다는,"재활용 웨이퍼로 제조된 장치의 특성을 평가하는 것이 필수적입니다.우리 논문은 이러한 결과를 처음으로 보고합니다. "

이시다 는 그 연구 결과 가 격려적 인 것 은 아니지만, 이 과정 이 산업적 규모 로 적용 될 수 있기 전 에 더 많은 작업 이 필요하다고 덧붙인다.제조 비용을 줄이기 위해 GaN 기판을 여러 번 재활용해야 하기 때문에, 여러 차례의 재활용 후 기질에 자라는 장치가 부정적인 영향을 받지 않는다는 것을 입증해야합니다.

그림과 같이 일본 공동 연구팀의 재활용 과정은 기체로부터 장치를 분리하기 위해 532nm 레이저를 사용하는 것을 포함합니다.이 광원은 N-면으로부터 기판을 방사, 그리고 초원 평면에서 두 포톤 흡수를 통해 기판은 금속 갈륨과 질소로 분해됩니다.

분리 후, 칩의 N면은 부드러운 표면을 얻기 위해 닦아지고, 금속 퇴적 및 포장이 이어집니다.

방출 된 기체의 Ga-면은 먼저 닦아지고, 그 다음 원자 수준 평면성을 달성하기 위해 화학적으로 기계적으로 닦아지고, 그 다음 HVPE는 약 90μm 두께의 GaN 층을 퇴적하는 데 사용됩니다..연구팀에 따르면, 이 추가적인 화학적 기계적인 닦기 단계 후에, GaN 기판은 마치 새것처럼 보입니다.

그 과정을 평가하기 위해 연구팀은 같은 웨이퍼에 제조된 측면 MOSFET와 수직 p-n 다이오드의 성능을 측정했습니다.두 종류의 장치는 MOCVD 공정에서 생산 된 대각색 웨이퍼로 만들어졌습니다.먼저, 1 x 10^17cm^-3로 도핑된 4μm 두께의 n 타입 GaN 층, 그 다음 5 x 10^17cm^-3로 도핑된 2μm 두께의 p 타입 GaN 층.

이 연구는 먼저 GaN 기판을 쪼개기 전과 후 두 유형의 장치의 성능을 평가했습니다.서로 다른 게이트 전압에서 MOSFET 배수 전류와 게이트 전류와 서로 다른 역 편향 값에서 다이오드 역 전류의 그래프는 레이저 다이싱으로 인해 중요한 변화가 없었습니다.이것은 연구팀이 디싱 과정에 의해 장치가 거의 영향을 받지 않았다는 결론에 도달했습니다.레이저 소스의 열과 분리 단계와 관련된 스트레스가 영향을 미칠 수 있기 때문에.

타카시 이시다와 그의 동료들은 이러한 측정 결과를 재활용 기판을 사용하여 생산된 측면 MOSFET 및 수직 p-n 다이오드와 비교했습니다. 결과는 매우 비슷했습니다.경부 MOSFET에 게이트 누출 전류의 차이로, 게이트 단열기 품질의 변동으로 인해 발생합니다.

연구팀에 따르면 연구 결과는 GaN 재활용 과정 후 장치의 성능이 크게 저하되지 않았음을 나타냅니다.

타카시 이시다는 GaN 기판을 재활용하는 것 외에도 기기 생산 비용을 더 경쟁력 있게 만들기 위해 그 크기를 늘리는 것이 필요하다고 밝혔다.연구팀은 더 큰 GaN 기판을 사용하여 그들의 재활용 과정을 입증하는 데 관심이 있습니다..

이것은 GaN 기판의 장점을 강조합니다.

• 높은 분사 전압: GaN 기판은 높은 전압을 처리 할 수 있으므로 고전력 응용 프로그램에 이상적입니다.
• 높은 전자 이동성: GaN 기판은 높은 전자 이동성을 나타내며 더 빠른 전환 속도와 더 높은 효율성에 기여합니다.
• 넓은 대역 간격: GaN은 넓은 대역 간격을 가지고 있으며, 실리콘 기반 장치에 비해 장치가 더 높은 온도와 전압에서 작동 할 수 있습니다.
• 높은 열전도성: GaN 기판은 뛰어난 열 전도성을 가지고 있으며 효율적인 열 분비를 돕고 장치 신뢰성을 향상시킵니다.
• 낮은 저항: GaN 기판에 구축 된 장치는 일반적으로 더 낮은 온 저항을 가지고 있으며, 이는 더 낮은 전도 손실과 전반적인 성능을 향상시킵니다.
• 고주파 능력: GaN 기판은 RF 및 마이크로파 통신을 포함한 고주파 애플리케이션에 적합합니다.
• 견고함: GaN 장치는 더 견고하고 혹독한 환경 조건에 견딜 수 있으므로 까다로운 응용 프로그램에 적합합니다.
• 크기와 무게 를 줄이다: GaN 기반의 장치는 실리콘 형편보다 작고 가벼울 수 있으며, 공간과 무게가 중요한 응용 분야에서 유용합니다.
• 효율성 향상: GaN의 고유 속성은 전력 변환의 효율성을 향상시킵니다. 전기 자동차와 재생 에너지 시스템과 같은 응용 프로그램에 매우 중요합니다.
• 고온 환경에서의 향상된 성능: GaN 기판은 고온 환경에서 효율성과 신뢰성을 유지하며 잘 작동합니다.
• 비용 감축 가능성: GaN 기판에 대한 재활용 및 제조 프로세스가 향상됨에 따라 비용이 감소하여 GaN 기반 장치가 상업적으로 더 실현 가능 할 수 있습니다.
• 첨단 제조 기술과 호환성: GaN 기판은 레이저 컷링과 같은 첨단 제조 기술과 통합하여 장치 성능을 더욱 향상시키고 생산 비용을 줄일 수 있습니다.

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