خفض تكلفة MOSFETs العمودية باستخدام تكنولوجيا القص بالليزر -- GaN WAFER

الـ GaN Vertical MOSFETs هي أجهزة طاقة واعدة للسيارات الكهربائية ، وتتفوق على أجهزة SiC مماثلة من حيث حركة القناة ، وهي مقياس رئيسي.ارتفاع تكلفة الركائز الأصلية عرقل نجاحها التجاري.

لمعالجة هذه المسألة ، كانت فرق مختلفة تحقق في تقنيات إعادة تدوير رصيف GaN. من بينها فريق تعاوني يتكون من باحثين من Mirise Technologies ،جامعة ناغويا، وهاماتسو ادعى أنه أجرى أوسع عرض على نجاح هذه الطريقة.

ووفقًا لتاكاشي إيشيدا، المتحدث باسم فريق Mirise، فإن التقارير السابقة حول إعادة تدوير رصيف GaN كانت محدودة بتقييم أجزاء من العملية."من الضروري تقييم خصائص الأجهزة المصنعة على رقائق معاد تدويرهاورقتنا هي الأولى التي تبلغ عن هذه النتائج".

يضيف إيشيدا أنه على الرغم من أن نتائجهم مشجعة، إلا أن هناك حاجة لمزيد من العمل قبل أن تتمكن هذه العملية من التطبيق على نطاق صناعي.بما أن مواد الغاز النيتروجينية يجب إعادة تدويرها عدة مرات لتقليل تكاليف التصنيع، من الضروري إثبات أن الأجهزة المزروعة على الركائز بعد جولات متعددة من إعادة التدوير لا تتأثر سلبًا.

كما هو مبين في الشكل، عملية إعادة تدوير فريق التعاون الياباني تنطوي على استخدام ليزر 532 نانومتر لفصل الأجهزة من الركيزة.هذا المصدر الضوئي يشع الركيزة من الوجه N، ومن خلال امتصاص فوتونين في الطائرة المحورية ، يتحلل الركيزة إلى غاليوم معدني والنيتروجين.

بعد الفصل ، يتم صقل الوجه N من الشرائح لتحقيق سطح ناعم ، يليها ترسب المعدن والتعبئة.

يتم أولًا صقل الوجه الغازي للترتيب المنفصل ، ثم صقل كيميائيًا ميكانيكيًا لتحقيق مسطحة على المستوى الذري ، ثم يتم استخدام HVPE لإيداع طبقة GaN سميكة حوالي 90 μm.ووفقاً للفريق، بعد هذه الخطوة الكيميائية الميكانيكية الإضافية، يظهر رصيف GaN جيدًا كالجديد.

لتقييم العملية، قام فريق البحث بقياس أداء MOSFETs الجانبي والديودات العمودية p-n المصنوعة على نفس الشريحة.تم تشكيل كلا النوعين من الأجهزة من رقائق البصرية المنتجة في عملية MOCVD: أولاً، طبقة غان من النوع n سميكة 4 ميكرومتر مضغوطة بـ 1 × 1017 سم 3، تليها طبقة غان من النوع p سميكة 2 ميكرومتر مضغوطة بـ 5 × 1017 سم 3.

قامت الدراسة أولاً بتقييم أداء كلا النوعين من الأجهزة قبل وبعد تحليل الغاز الغازي.لم تظهر الرسوم البيانية لتيار تصريف MOSFET وتيار البوابة في مختلف فولتاجيات البوابة وتيار الدايود العكسي في قيم التحيز العكسي المختلفة أي تغييرات كبيرة بسبب تحليل الليزرهذا أدى الفريق البحثي إلى استنتاج أن الأجهزة "تأثرت بالكاد" من قبل عملية القصاص،حيث أن تسخين مصدر الليزر والتوترات المتعلقة بخطوة الفصل يمكن أن يكون لها تأثير.

قارن تاكاشي إيشيدا وزملاؤه هذه القياسات مع تلك من MOSFETs الجانبية والديودات الرأسية p-n المنتجة باستخدام الركائز المعاد تدويرها. كانت النتائج متشابهة جدا،مع فرق في تيار تسرب البوابة للموسفيتات الجانبية، ويرجع ذلك إلى الاختلافات في جودة عازل البوابة.

وفقًا لفريق البحث ، تشير نتائجهم إلى أن أداء الأجهزة لم يتدهور بشكل كبير بعد عملية إعادة تدوير GaN.

يقول تاكاشي إيشيدا أنه بالإضافة إلى إعادة تدوير قوائم GaN ، فإن زيادة حجمها ضرورية لجعل تكاليف إنتاج الأجهزة أكثر تنافسية.الفريق البحثي مهتم بإثبات عملية إعادة تدويرهم باستخدام الغازات الكبيرة.

هذا يسلط الضوء على مزايا الغازات الغازية.

• التوتر العالي: يمكن أن تتعامل أسطوانات GaN مع الجهد العالي ، مما يجعلها مثالية لتطبيقات الطاقة العالية.
• حركة الكترونات العالية: تحتوي مواد GaN على تحركية إلكترونية عالية ، مما يسهم في سرعات التبديل الأسرع وكفاءة أعلى.
• فجوة واسعة: يحتوي GaN على فجوة واسعة ، مما يسمح للأجهزة بالعمل عند درجات حرارة وجهد أعلى مقارنة بالأجهزة القائمة على السيليكون.
• سلكية حرارية عالية: تحتوي مواد GaN على موصلات حرارية متفوقة ، مما يساعد في إزالة الحرارة بكفاءة ويعزز موثوقية الجهاز.
• مقاومة منخفضة: الأجهزة المبنية على الركائز GaN عادة ما تكون أقل مقاومة تشغيل ، مما يؤدي إلى انخفاض خسائر التوصيل وتحسين الأداء العام.
• قدرة التردد العالي: الغاز النووي مناسب لتطبيقات الترددات العالية، بما في ذلك الاتصالات اللاسلكية و الميكروويف.
• صلابة: أجهزة GaN أكثر قوة ويمكن أن تتحمل ظروف بيئية قاسية ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المتطلبة.
• الحجم والوزن: يمكن أن تكون الأجهزة القائمة على GaN أصغر وأخف وزناً من نظرائها من السيليكون ، وهو أمر مفيد في التطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن حاسمة.
• تحسين الكفاءة: الخصائص المتأصلة لـ GaN تؤدي إلى تحسين الكفاءة في تحويل الطاقة ، وهو أمر حاسم للتطبيقات مثل المركبات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة.
• تحسين الأداء في بيئات ذات درجات حرارة عالية: تحتوي مواد GaN على أداء جيد في بيئات درجات الحرارة العالية ، مع الحفاظ على كفاءتها وموثوقيتها.
• إمكانية خفض التكاليف: مع تحسين عمليات إعادة التدوير والتصنيع لجزيئات GaN ، يمكن تقليل التكلفة ، مما يجعل الأجهزة القائمة على GaN أكثر قابلية للتجارة.
• التوافق مع تقنيات التصنيع المتقدمة: يمكن دمج قواعد GaN مع تقنيات تصنيع متقدمة ، مثل تحديد الليزر ، لزيادة تعزيز أداء الجهاز وخفض تكاليف الإنتاج.

يمكننا توفير

غان غاليوم نتريد وافر تحرك الكترونات العالية أجهزة الراديو اللاسلكي والإلكترونيات الضوئية و LEDs ((انقر على الصورة لمزيد)

ظهرت رقائق نتريد الغاليوم (GaN) كالتكنولوجيا المحورية في العديد من الصناعات، بسبب خصائصها المادية الفريدة.واستقرار حراري استثنائييجد رقائق GaN تطبيقات في الإلكترونيات القوية والأجهزة اللاسلكية اللاسلكية، والإلكترونيات الضوئية، وغيرها. يستكشف هذا الملخص التطبيقات متعددة الاستخدامات لرقائق GaN،من تشغيل اتصالات الجيل الخامس إلى إضاءة مصابيح LED وتطوير نظم الطاقة الشمسيةخصائص عالية الأداء من GaN تجعلها حجر الزاوية في تطوير الأجهزة الإلكترونية المدمجة والفعالة، وتؤثر على قطاعات مثل الإلكترونيات السيارات والطيران والفضاء،والطاقة المتجددةوباعتبارها القوة الدافعة في الابتكار التكنولوجي، تستمر رقائق GaN في إعادة تعريف الإمكانيات عبر الصناعات المتنوعة، وتشكيل مشهد الأنظمة الإلكترونية والاتصالات الحديثة.