レーザー 切断 技術 を 用い て 垂直 MOSFET の 費用 を 削減 する ― GaN WAFER

GaN垂直MOSFETは,電動車両のための有望な電源装置であり,チャネル移動性において,重要な指標である類似のSiCデバイスを上回っています.国産基材の高コストが商業的成功を阻害している.

この問題に対処するために,様々なチームがGaN基板リサイクル技術を研究しています.その中には,Mirise Technologies,名古屋大学ハママツは この方法の成功の 最も包括的な実証を行ったと主張しています

Mirise チームの広報担当者である Takashi Ishida によると,GaN 基板リサイクルに関する以前の報告は,プロセスの一部を評価することに限定されていた."リサイクルされたウエーファーで製造された装置の特性評価は不可欠です.この結果を報告した最初の論文です"

この 方法 が 産業 規模 に 適用 さ れる 前 に,さらに 作業 が 必要 と なっ て い ます.製造コストを削減するために,GaN基質は何度もリサイクルする必要がありますから, 複数の回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回

図に示されているように,日本の協力チームによるリサイクルプロセスは,532nmレーザーを使用して装置を基板から分離します.この光源はN面から基板を照射します焦点平面での2光子の吸収により,基質は金属ガリウムと窒素に分解する.

分離後,チップのN面は滑らかな表面を得るように磨き,その後金属堆積と包装が行われます.

放出された基板のGa-面は最初に磨き,その後原子レベル平らさを達成するために化学的に機械的に磨き,その後HVPEは約90μm厚のGaN層を堆積するために使用されます..この追加的な化学的機械的な磨きのステップの後,GaN基質は新しいもののように見えます.

研究チームは,そのプロセスを評価するために,同じウェーファーで製造された横のMOSFETと垂直のpnダイオードの性能を測定しました.両種類の装置は,MOCVDプロセスで生産された表頭軸状のウエファーから形成されましたまず,4μm厚のn型GaN層を1 x 10^17cm^-3でドーピングし,2μm厚のp型GaN層を5 x 10^17cm^-3でドーピングする.

この研究では,まずは,GaN基質の切断前と後の両種類の装置の性能を評価した.異なるゲート電圧でMOSFET排水電流とゲート電流と異なる逆偏差値でダイオード逆電流のグラフは,レーザー切断による有意な変化を示さなかった.この結果,研究チームは,この装置が"ほとんど影響を受けていない"と結論付けました.レーザーソースの加熱と分離ステップに関連するストレスは影響がある可能性があります.

高橋・イシダ氏とその同僚は,これらの測定をリサイクルされた基材を使用して製造された横のMOSFETと垂直のpnダイオードと比較しました.結果は非常に類似していました.側MOSFETのゲート漏れ電流の違いゲート隔熱器の質の変動による

研究チームによると,その調査結果は,GaNリサイクルプロセス後にデバイスの性能が著しく低下しなかったことを示しています.

高橋石田は,GAN基質のリサイクルに加えて,デバイスの生産コストを競争力のあるものにするために,そのサイズを増やすことが必要だと述べています.研究チームは,より大きなGaN基質を用いて,彼らのリサイクルプロセスを実証することに興味があります.

これは,GaN基質の利点に重点を置く.

• 高断熱電圧: GaN基質は高電圧に対応でき,高電力用途に最適です.
• 高電子移動性: GaN基質は高い電子移動性を示し,より高速なスイッチ速度とより高い効率に貢献します.
• 幅広く: GaNは帯域が広いため,シリコンベースのデバイスと比較して高温と電圧で動作することができます.
• 高熱伝導性: GaN基質は優れた熱伝導性があり,効率的な熱散に役立ち,デバイスの信頼性を高めます.
• 低抵抗: GaN基板に構築された装置は,通常,電源抵抗が低く,導電損失が低く,全体的な性能が向上します.
• 高周波能力: GaN基質は,RFおよびマイクロ波通信を含む高周波アプリケーションに適しています.
• 頑丈さ: GaN装置はより頑丈で,厳しい環境条件に耐えることができ,要求の高いアプリケーションに適しています.
• サイズ と 重さ が 減っ た: GaNベースのデバイスは,シリコンの同型よりも小さく軽くなり,スペースと重量が重要なアプリケーションでは有益です.
• 効率 を 向上 する: GaNの固有特性により,電動車や再生可能エネルギーシステムなどのアプリケーションにとって不可欠な電力変換の効率が向上します.
• 高温環境での性能向上: 高温環境ではGaN基質がうまく機能し,効率性と信頼性を維持する.
• 費用 を 削減 する 可能性: GaN基質のリサイクルと製造プロセスの改善により,コストが削減され,GaNベースのデバイスがより商業的に実行可能になります.
• 先進的な製造技術との互換性: GaN基質は,レーザー切削などの先進的な製造技術と統合され,デバイスの性能をさらに向上させ,生産コストを削減できます.

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