Современная электроника №9/2019

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 35 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2019 Таблица 3. Основные электрические параметры GaN FET-производства EPC и Infineon (IR) Электрические параметры Значения Максимальный ток стока, I D.MAX , при T КОР ≤ +25°С От 1 до 90 А Максимальное напряжение сток-исток, V DS От 10 до 600 В Cопротивление в открытом состоянии, R SP , при I D =I D.MAX , T ПЕР =+25°С До 3 мОм – для 15-100 В приборов; До 8 мОм – для 200 В приборов; До 70 мОм – для 400…600 В приборов Рис. 8. Зависимость плотности тока от прямого напряжения для Si-, SiC- и GaN-транзисторов Примечание: STI – щелевая изоляция Рис. 9. Вид GaN-on-Si структуры исследовательского центра компании IBM 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 0,5 Прямое напряжение, В SiC DMOSFET Si IGBT 300 Вт/см 2 GaN UMOSFET GaN HEMT r on.sp = 0,9 мОм•см 2 r on.sp = 1,5 мОм•см 2 r on.sp = 2,3 мОм•см 2 Плотность тока, А/см 2 1 1,5 2 Si (100) Si (111) STI «Захороненный» окисел STI AIGaN GaN SiN SiN STI Si (100) силовых приборов по сравнению с GaN на сапфире, GaN-on-SiC или моно- литной GaN-подложке. Однако высо- кие механические напряжения, воз- никающие при выращивании GaN эпитаксии на кремниевой подложке из-за очень большого изгиба послед- ней, ограничивают как активную пло- щадь разрабатываемых приборов, так и диаметр пластин. Исследовательский центр компании IBM на конферен- ции APEC 2019 представил новую тех- нологию, которая позволяет в обыч- ном КМОП-процессе с диаметром пластин 200 мм и выше изготавли- вать высоковольтные (от 48 до 600 В) GaN-приборы размером до 500 × × 500 мкм 2 [8, 9]. Метод заключается в селективном выращивании 1,5-мкм AlGaN/GaN эпитаксиальной плёнки в областях размером от 1 × 1 до 500 × × 500 мкм 2 (см. рис. 9), что позволяет значительно уменьшить плотность кристаллографических дефектов в AlGaN/GaN-материале, при этом пло- щадь заполнения GaN-областями может достигать 50%. Данный метод позволяет изготавливать полноценные КМОП-управляющие ИМС с интегри- рованными высоковольтными GaN- транзисторами и диодами. З АКЛЮЧЕНИЕ Значительный прогресс в развитии SiC- и GaN-технологий, достигнутый за последние 15 лет, привёл к появлению коммерческих SiC-диодовШоттки, SiC- и GaN FET-транзисторов для силовой электроники. Несмотря на большую стоимость этих приборов, в сравне- нии с соответствующими по мощно- сти кремниевыми приборами, себесто- имость конечного модуля может быть такой же и даже ниже за счёт сниже- ния стоимости пассивных компонен- тов модуля: индуктивностей, конденса- торов, радиаторов охлаждения. Л ИТЕРАТУРА 1. Neudeck P.G., Spry D.J., Norman L.C., Prokop F. and Krasowski M.J. Demonstration of 4H-SiC Digital Integrated Circuits Above 800°C. IEEE Electron Device Letters, Vol. 38, № 8, August 2017, p.1082–1085. 2. Ranbir Singh. High Performance SiC Devices. Презентация компании GeneSiC Semiconductor. https://www.genesicsemi . com. 3. Christian Felgemacher. SiC Solution for Industrial Auxilliary Power Supply. Презен- тация компании ROHM Semiconductor: https://hobbydocbox.com/81974949- Radio/SiС-solution-for-industrial- auxilliary-power-supply.html. 4. Интернет-ресурс компании STMicro- electronis. Ссылка на статью: https://www. st.com/content/ccc/resource/technical/ document/conference_paper/d9/1a/36/ d4/80/75/48/de/sic_mosfets_cost_benefits_ pcim2014.pdf/files/sic_mosfets_cost_benefits_ pcim2014.pdf/jcr:content/translations/en.sic_ mosfets_cost_benefits_pcim2014.pdf 5. Francesco La Via , at al. 3C-SiC Hetero- Epitaxially Grown on Silicon Compliance Substrates and New 3C-SiC Substrates for Sustainable Wide-Band-Gap Power Devices. Materials Science Forum, 2018 Trans Tech Publications, Switzerland, ISSN: 1662-9752, Vol. 924, p. 913–918. 6. Susumu Yoshimoto , at al. Fast Recovery Performance of Vertical Schottky Barrier Diodes on Low Dislocation Density Freestanding GaN Substrates. SEI Technical Review, Num. 80, April, 2015, p. 35–39. 7. Sauvik Chowdhury, Zhibo Guo, Xueqing Liu and T. Paul Chow. Comparison of Silicon, SiC and GaN Power Transistor Technologies with Breakdown Voltage Rating from 1.2 kV to 15 kV. Phys. Status Solidi, 2016, C. 13, No. 5–6, p. 354–359. 8. Lee, K.-T., Bayram, C., Piedra, D., Sprogis, E., Deligianni, H., Krishnan, B., Sadana , D. GaN Devices on a 200 mm Si Platform Targeting Heterogeneous Integration. IEEE Electron Device Letters, 2017, 38 (8), p. 1094–1096. 9. IBM Thomas J. Watson Research Center. Silicon/GaN Integration Targeting On-Chip 48 V Input Power Conversion. Power Electronics Europe, Issue 2, 2019.