Infineons satsningar på halvledare i brett bandgap har resulterat i en trench-MOSFET. På gång är även transistorer i GaN. Om detta berättade Fanny Björk och Herbert Pairitsch, båda från Infineon, på årets ISICPEAW.

Infineon hör till pionjärerna bland utvecklare av kiselkarbidkomponenter. Redan 1992 började man utveckla teknik för dioder och transistorer i SiC och hade tillverkningsteknik på 2 tums wafer framme 1998. Det dröjde dock till 2001 innan första generationens SiC-dioder introducerades på marknaden. Tekniken utvecklades: Andra generationens dioder kom 2006 och två år senare var det dags för tredje generationens SiC-dioder. I dag producerar Infineon på 6 tums SiC-wafers.
Först 2014 släppte Infineon ut sin första SiC-transistor på marknaden. Man valde att lansera en JFET, något som kanske förvånade med tanke på att konkurrenterna i huvudsak satsade på MOSFET.
På vårens utställning PCIM överraskade Infineon marknaden med att visa sin första SiC MOSFET av typen trench. Varför ta ett så drastiskt steg?
– I själva verket startade vi utvecklingen av JFET och DMOSFET samtidigt, berättade Fanny Björk på årets ISICPEAW i Stockholm.

Fanny Björk

Svaret ligger i svårigheter att få låg kanalresistivitet i en lateral DMOS-struktur. Det är också svårt att kombinera låg kanalresistivitet med ett lågt fält i gate-oxiden (Vgs/oxidtjockleken), på en icke-kritisk nivå för att uppfylla tillförlitlighetskraven.
Denna fältbelastning av oxiden i framriktningen blir kritisk på grund av att man måste kompensera för en hög densitet av kanaldefekter i en DMOS-struktur. När transistorn leder är övergången mycket belastad. Detta visade sig svårt att konstruera bort.
Infineons slutsats av detta var: Vidareutveckla inte DMOS till en kommersiell produkt, lansera en mera säkert framställd JFET först och lägg fokus på att utveckla en trenchbaserad MOSFET.
Jämfört med traditionella 1200 V komponenter som IGBT så har Infineons trench-MOSFET inte någon knäspänning. Drivningen är dessutom enkel tack vare hög konduktans.  Gateoxiden sägs vara mycket tålig.
– Infineons CoolSiC MOSFET kombinerar goda switchegenskaper och låga ledningsförluster med hög tillförlitlighet och de kan drivas på samma sätt som IGBTer.
På PCIM presenterade Infineon två switchtransistorer och fyra moduler i familjen CoolSiC, alla med 1200 V märkspänning.

GaN på gång
Herbert Pairitsch från Infineon berättade på ISICPEAW om EU-projektet Power base. Det har 39 medlemmar från nio länder och koordineras av Infineon Technology Austria AG.

Herbert Pairitsch

Till de utmaningar som man tar sig an hör att skapa GaN-halvledare på kiselsubstrat. Problemet är att det skiljer 17 procent i gitterkonstant mellan GaN och Si, och dessutom 116 procent i termisk utvidgning.. Det krävs därför ett bufferskikt av AlN.
Herbert Pairitsch menade att problemet nu är löst.  Redan nu samplar Infineon en normalt icke-ledande GaN-transistor och serieproduktion förväntas snart.

Filed under: Teknikartiklar