Imec zoekt partners na flinke stap in GaN-on-SOI-technologie

Vandaag de dag wordt GaN-vermogenselektronica nog gedomineerd door discrete componenten die worden aangestuurd door een externe driver-IC die de schakelsignalen genereert. Om echter ten volle te profiteren van GaN’s snelle schakelsnelheid, wordt monolithische integratie van stroomapparatuur en driverfuncties aanbevolen. Imec heeft de monolithische co-integratie al aangetoond van een half-bridge en drivers met controle- en beschermingscircuits die essentieel zijn voor een geïntegreerd volledig GaN-stroom-IC in één chip.

Een van de belangrijkste hindernissen om de volledige prestaties van GaN-vermogens-IC’s te verbeteren, blijft het vinden van een geschikte oplossing voor het gebrek aan p-channel-apparaten in GaN met acceptabele prestaties. CMOS-technologie maakt gebruik van complementaire en meer symmetrische paren p- en n-type veldeffecttransistoren (FET’s), gebaseerd op de mobiliteit van gaten en elektronen voor beide typen FET’s. In GaN is de mobiliteit van gaten echter ongeveer 60 keer slechter dan die van elektronen. Dat betekent dat een p-kanaalapparaat, waar gaten de belangrijkste dragers zijn, 60 keer groter zou zijn dan de n-kanaals tegenhanger en zeer inefficiënt. Een wijdverbreid alternatief is het vervangen van de P-MOS door een weerstand. Weerstand-transistorlogica (RTL) is gebruikt voor GaN IC’s, maar leidt tot compromissen tussen schakeltijd en stroomverbruik. 

"We hebben de prestaties van GaN IC’s verbeterd door een combinatie te gebruiken van schakelaars voor verbeteringsmodus en uitputtingsmodus (e-mode en d-mode HEMTS). Door ons functionele e-mode HEMT-platform op SOI uit te breiden met co-geïntegreerde d-mode HEMTS, kunnen we nu de stap zetten van RTL naar direct-gekoppelde FET-logica, die naar verwachting de snelheid zal verbeteren en de vermogensdissipatie van de circuits zal verminderen, " zegt programmadirecteur  GaN power systems Stefaan Decoutere.

Een ander cruciaal onderdeel voor co-integratie op GaN-stroom-IC’s is een Schottky-barrièrediode. GaN Schottky-diodes combineren hogere blokkeerspanningen met verminderde schakelverliezen in vergelijking met hun silicium-tegenhangers.

"We hebben ons 200 V GaN-on-SOI e-mode HEMT GaN IC’s-platform uitgebreid met monolithisch geïntegreerde high-performance Schottky-barrièrediodes en d-mode HEMT’s, wat ons een stap dichter bij slimme stroom-IC’s op basis van GaN brengt. Dit GaN-IC-platform is beschikbaar voor prototyping via onze multi-project-wafer (MPW)-service", voegt Decoutere toe.

Partners gezocht

"Ons platform is klaar voor overdracht aan partners. We zoeken gieterijen, maar ook designhuizen en eindgebruikers. De volgende stap is het ontwikkelen en uitbrengen van een 650 Volt-versie van het platform. Doeltoepassingen voor GaN-on-SOI-technologie zijn onder meer hoogspanningsschakeling en stroomconversie, snelladers voor mobiele telefoons, tablets en laptops, en ingebouwde opladers voor elektrische auto’s en omvormers voor aansluiting van zonnepanelen op het net".