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(cè)量。其中之一是 ALLOS 即將推出的專為 1200 V 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 1400 V 的縱向和 1600 V 的橫向(接地)擊穿電壓。另一款外延片是 ALLOS 針對(duì) 600 V 應(yīng)用推出的成熟產(chǎn)品，同樣顯示出非常高的 1200 V 擊穿電壓以及更高的橫向和縱向測(cè)量值。

適用于 1200 V 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 600 V 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(duì)高達(dá) 1000 V 泄漏的測(cè)量設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了 600 V 下 0.003 μA/mm² 和 1000 V 下 0.033

μA/mm² 的值。“我們的合作伙伴給出的這一反饋對(duì)我們來說真是好消息，因?yàn)檫@又一次證明了我們?cè)?600 V 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 1000 V 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 1200 V 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(duì) 1200 V 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 1400 V 的縱向和 1600 V 的橫向(接地)擊穿電壓(分別為圖 1

(a) 和 2 (b))。使用浮動(dòng)測(cè)量設(shè)置補(bǔ)充表征產(chǎn)生了接觸距離為 12 μm 時(shí)超過 2000 V 的橫向擊穿電壓(圖 1 (c))。對(duì)于接觸距離為 4 µm 時(shí)擊穿電壓已超過 1100 V 的 7 μm 厚外延堆棧，接觸距離為 12 μm 時(shí)出現(xiàn)橫向浮動(dòng)擊穿電壓飽和(圖 1 (d))。

圖 1 (a) 至 (d)：來自 IEMN 的關(guān)于 ALLOS 適用于 1200 V 應(yīng)用的外延片技術(shù)的結(jié)果。

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 1400 V 的縱向和 1600 V 的橫向擊穿電壓，明顯優(yōu)于我們迄今為止測(cè)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(duì)于實(shí)際器件生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的特性。”

在 ALLOS 的 600 V 外延片產(chǎn)品上，IEMN 實(shí)現(xiàn)了 1200 V 的縱向和 1500 V 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(duì)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 150 mm 晶片直徑對(duì)應(yīng)的 675 µm 厚度以及 200 mm 晶片直徑對(duì)應(yīng)的 725 µm 厚度。所有 ALLOS 外延片產(chǎn)品的彎曲度都被嚴(yán)格控制在 30 µm 以下。

“現(xiàn)有的結(jié)果表明，我們已經(jīng)達(dá)到了橫向 1.7 MV/cm 和縱向 2 MV/cm 的水平，我們還有一項(xiàng)旨在實(shí)現(xiàn)外延片級(jí)別進(jìn)一步改進(jìn)的計(jì)劃。現(xiàn)在是時(shí)候與 1200 V 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 1200 V 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。”