欧洲高能效功率芯片专案成果斐然

皇家马德外

欧洲奈米电子行动顾问委员会（ENIAC）联盟（JU）日前公布为期三年的LAST POWER专案开发成果。此专案于2010年4月启动，目标在于研发高成本效益且高可靠性的功率电子技术，聚集了宽能隙功率半导体元件（Wide Bandgap Power Semiconductor）领域的民营企业、大学和公共研究中心。其研究主轴包括碳化矽（SiC）和氮化镓（GaN）高能效功率晶片技术，涉及工业、汽车、消费性电子、再生能源转换系统和电信应用。

碳化矽主要研发成果基于SiCrystal公司展示的离轴2°截止角的150mm直径的大面积4H-SiC基板。在晶体结构和表面粗糙度方面，材料品质与专案启动时的标准100mm 4°离轴材料相容。在LPE/ETC，这些基板用于中度掺杂的外延层的外延生长，适用于加工600-1200V JBS（Junction Barrier Schottky）萧特基二极体和MOSFET，专案为在大面积（150mm）4H -SiC上生长外延开发了一个创新的化学气相沉积（CVD，Chemical Vapor Deposition）反应堆（reactor）。

外延层品质让意法半导体能够在工业生产线上制造JBS萧特基二极体。第一批晶圆特征分析显示，电气性能与先进的4°离轴材料相当。在这种情况下，关键制程是在NOVASiC上实现化学机械抛光（CMP，chemical mechanical polishing） - StepSiC R 填充和平坦化，对于外延层生长前的基板制备和元件活动层表面粗糙度亚奈米控制，该制程是一个关键问题。在这个专案内，同一企业还取得了用于加工MOSFET和JFET的外延生长能力。

专案与意法半导体、IMM-CNR公司进行SiO2/SiC介面的合作研发，以改进4H-SiC MOSFET的通道迁移率。

最后，专案与Acreo、FORTH合作开发出了用于高温4H-SiC JFET和MOSFET的全新技术模组，为可靠封装解决方案封胶体化合物（molding compound）和无铅晶片连接材料研究提供CCR支援。

LAST POWER专案还从事在功率电子应用中使用基于GaN元件的研究。特别是意法半导体在150mm 矽基板上生长AlGaN/GaN HEMT外延层结构的开发取得了成功，外延层长至3μm，抗击穿电压能力高达200V。 LAST POWER与IMM-CNR、Unipress和意法半导体合作，采用一种无金（Gold-Free）方法开发常关型AlGaN/GaN HEMT元件。

该制程模组与意法半导体生产线要求的晶片制造流程完全相容，目前正整合至HEMT生产线。专案成员在材料生长和装置技术方面已有相当的合作互动，让业界向单晶片整合GaN和SiC元件的目标迈出重要一步，这两项技术在2°离轴4H-SiC基板上均取得成功。

ENIAC联盟成员包括专案协调人意法半导体（义大利）、LPE/ETC （义大利）、Institute for Microelectronics and Microsystems of the National Research Council –IMM-CNR（义大利）、Foundation for Research & Technology-Hellas – FORTH（希腊） , NOVASiC（法国）、Consorzio Catania Ricerche -CCR（义大利）、Institute of High Pressure Physics – Unipress（波兰）、 Universita della Calabria（义大利）、SiCrystal（德国）、SEPS Technologies（瑞典）、SenSiC（瑞典）、Acreo （瑞典）、Aristotle University of Thessaloniki - AUTH（希腊）。