3. Temel Özelliklerin Özeti

Yapısal farklılıklar nedeniyle GaN güç cihazları, silikon bazlı cihazlara göre farklı özelliklere sahiptir.

(1) Standart Gerilim: 650V

GaN güç cihazları için tipik voltaj 650V'dur. Birçok güç kaynağı uygulamasında giriş 220V AC şebekeye bağlanır. Düzeltmeden sonra bara kapasitöründeki voltaj yaklaşık 400V DC'ye ulaşır. Ayrıca bazı topoloji uygulamalarında gerilim yükselmeleri ve sekonder taraftan yansımalar meydana gelmektedir. Bu nedenle 650V standart bir voltaj gereksinimi haline gelmiştir.

(2) Çığ Dağılımı Yok

GaN güç cihazları çığ arızası yaşamaz. Arıza meydana geldiğinde, kapasitörlerdeki dielektrik arızaya benzer şekilde kalıcıdır. 650V'luk bir cihaz için, silikon MOSFET olsaydı, gerçek arıza voltajı tipik olarak 750V civarında olurdu (%10'luk tasarım marjıyla). Bununla birlikte, GaN cihazları daha yüksek bir arıza voltajı tasarım marjına ihtiyaç duyar. 650V'luk bir cihazın en az 900V'luk bir arıza voltajına ihtiyacı vardır (tasarım marjı >%10).

(3) p-tipi GaN Transistörü yok

Silikon tabanlı teknolojide NMOS (elektron taşıyıcı) ve PMOS (delik taşıyıcı) mevcuttur, ancak şu anda p tipi GaN HEMT'ler bulunmamaktadır. Bu nedenle, analog/dijital entegre devrelerin tasarımı silikondan farklıdır. p tipi GaN transistörlerin eksikliğinin başlıca nedenleri şunlardır: Birincisi, iyon aşılama ve magnezyum iyonlarının düşük sıcaklıkta tavlanması GaN üzerinde elde edilmesi zordur; ikincisi, GaN'nin delik hareketliliği yalnızca 30 cm2/Vs'dir ve bu, 2000 cm2/Vs'lik elektron hareketliliğinden çok daha düşüktür.

(4) Kapı Gerilimi: 7V

GaN işlemi nedeniyle, GaN güç cihazları için maksimum geçit voltajı, mevcut silikon sürücü IC'leriyle uyumlu olmayan 7V ile sınırlıdır.

Cihaz Proses Teknolojisi

GaN güç cihazları, silikon bazlı çipler gibi, esas olarak tasarım, epitaksiyel levha büyümesi, çip üretimi ve paketleme testini içeren benzer üretim süreçlerinden geçer.

Şekil 4: GaN Güç Cihazları için Tipik Üretim Adımları

1. Tasarım Aşaması

GaN cihazları genellikle tasarım aşamasında TCAD (Teknoloji Bilgisayar Destekli Tasarım) teknikleri kullanılarak simüle edilir ve modellenir. Bu, cihazın yapısını ve parametrelerini simüle etmeyi ve analiz etmeyi içerir.

2. Epitaksiyel Gofret Üretim Süreci

GaN epitaksiyel levhalar silikon substratlar, silikon karbür substratlar veya safir substratlar üzerinde büyütülebilir. Maliyet ve seri üretim hususları açısından, epitaksiyel levhadaki her katmanın biriktirilmesi tipik olarak MOCVD (Metal Organik Kimyasal Buhar Biriktirme) tekniği kullanılarak gerçekleştirilir.

Şekil 5: GaN Epitaksiyel Plakanın Üretim Süreci

3. Cihaz Üretim Süreci

Safir substratlar üzerinde tükenme modu GaN HEMT (Yüksek Elektron Hareketli Transistör) cihazlarının üretimi için basitleştirilmiş işlem akışı aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Silikon substratlar üzerindeki GaN HEMT cihazları için işlem akışı benzerdir.

İlk adım, platform tipi izolasyon aşındırma için ilk maskenin kullanılmasını içerir. İkinci adımda kaynak ve drenaj bölgelerini tanımlamak için ikinci maske kullanılır. Üçüncü adım, kaynak ve drenaj için metalin biriktirilmesini içerir. Dördüncü adım, kaynak ve drenaj metal bölgelerini oluşturmak için cam biriktirme ve tavlamayı içerir. Beşinci adımda kapı bölgesini tanımlamak için üçüncü maske kullanılır. Altıncı adım, kapı için metal biriktirmeyi içerir. Yedinci adım, kapı metalini oluşturmak için metalin kaldırılmasını gerektirir. Sekizinci adım, pasifleştirme ve koruma için silikon nitrürün biriktirilmesini içerir. Dokuzuncu adım, kaynak ve drenaj bölgelerine yönelik temas noktalarını tanımlamak için dördüncü maskeyi kullanır. Onuncu adım, alan plakasını tanımlamak için beşinci maskeyi kullanır. On birinci adım, alan plakasını oluşturmak için metalin kaldırılmasını içerir ve on ikinci adım, pasifleştirme için ikinci bir silikon nitrür katmanının biriktirilmesini gerektirir.

Not: Bahsedilen spesifik adımlar ve maske numaraları, cihaz tasarımına ve kullanılan üretim sürecine bağlı olarak değişiklik gösterebilir.

Şekil 6: Safir Substrat Üzerinde D Modu GaN HEMT İmalatı İçin Süreç Akışı

4. CP Testi

CP testi temel olarak levha üzerindeki hatalı talaş kalıplarını tanımlamak için hem oda sıcaklığında hem de yüksek sıcaklıktaki ortamlarda çeşitli parametrelerin test edilmesini içerir. Bu kusurlu talaşlar daha sonra bir boyayla işaretlenir ve sonraki paketleme işlemlerinden çıkarılır.

Şekil 7: CP Testi (Kırmızı, Arızalı Çiplerin Yerlerini Gösterir)

5. paketleme

Şekil 8: Basitleştirilmiş Paketleme Adımları

Devam edecek...