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Exagan und X-Fab

»GaN-on-Silicon ist marktreife Realität!«

28. Juli 2017, 9:12 Uhr | Engelbert Hopf

Frédéric Dupont, Exagan: »GaN-on-Silicon ist als Normally-on-Schalter konzipiert, der seine maximale Wirkung als Systemlösung in Solar-Invertern, Automobil-, Industrie- oder IT-Applikationen entfaltet.«

Noch in diesem Herbst wird Exagan nach den Worten seines CEO und Mitbegründers, Frédéric Dupont, mit der Lieferung von 650-V-GaN-on-Silicon-Bausteinen an Kunden im Automobil- und Industriebereich beginnen.

Mittelfristig, so Dupont, wird die GaN-on-Silicon-Technologie für Preisgleichheit gegenüber heutigen reinen Siliziumprodukten sorgen.

Markt&Technik: Herr Dupont, wer in diesem Jahr die PCIM in Nürnberg besucht hat, der konnte den Eindruck bekommen, aktuell sei im Bereich GaN wenig los. Stimmt dieser Eindruck?

Frédéric Dupont: Ich denke, es hat damit zu tun, dass alle GaN-Pioniere derzeit damit beschäftigt sind, Felderfahrungen mit ihren ersten Applikationen zu sammeln. In den beiden letzten Jahren waren diese Unternehmen damit beschäftigt, die Marktfähigkeit und Zuverlässigkeit ihrer Produkte unter Beweis zu stellen. Es handelt sich ja wie auch in unserem Fall fast immer um Start-ups, da muss man seine Ressourcen und Kräfte fokussieren. Ich denke, wir werden schon in naher Zukunft wieder mehr von den GaN-Vorreitern hören.

In Ihrem Fall waren das zuletzt positive Neuigkeiten, im Rahmen Ihrer Zusammenarbeit mit X-Fab.

Ja, wir konnten gemeinsam die Massenfertigungstauglichkeit unseres 200-mm-GaN-on-Silicon-Prozesses unter Beweis stellen. Dies ist das Ergebnis unserer seit dem Jahr 2015 laufenden gemeinsamen Entwicklungsanstrengungen. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit ist es uns gelungen, viele mit diesem besonderen Material verbundenen Themen wie Materialbeanspruchung, Defektdichte und Prozessintegration in einer Standard-CMOS-Fertigungsanlage erfolgreich voranzubringen. In Kombination mit 200-mm-Wafern senkt das die Produktionskosten von GaN-on-Silicon-Produkten signifikant.

Wie sieht die Zusammenarbeit mit X-Fab konkret aus?

In Dresden werden die Substrate in einem reinen Siliziumprozess weiterverarbeitet, die in unserer 200 mm Epitaxie-Wafer-Fertigung in Grenoble hergestellt werden. Diese Wafer erfüllen die physikalischen und elektrischen Voraussetzungen, um unsere 650-V-G-FETs zu produzieren, und gleichzeitig erfüllen sie die Voraussetzungen für die Fertigungskompatibilität auf einer herkömmlichen CMOS-Fertigungslinie. Das Geheimnis unseres Erfolgs liegt in der Verbindungsschicht zwischen GaN und Silizium. Realisiert wird diese durch eine Stacked-Layer-Technik, die Soitec und CEA-LETI zusammen entwickelt haben. Gegenüber anderen Verfahren erreichen wir mit der Stacked-Layer-Technik die doppelte GaN-Schichtdicke. Wir fertigen unsere Wafer mit einer exklusiven Lizenz.

Worin besteht das Geheimnis dieser Stacked-Layer-Technik?

Eigentlich mögen sich GaN und Silizium nicht unbedingt. Beide Materialien zeichnen sich durch unterschiedliche Temperaturkoeffizienten und unterschiedliche Gitterkonstanten aus. Soitec und CEA-LETI haben sich seit 2012 mit diesem Thema beschäftigt und einen Weg gefunden, die mechanischen Spannungen zwischen GaN und Silizium zu kompensieren. Ihr Verfahren basiert auf der Abscheidung der GaN-Schicht mittels metallorganischer Gasphasenabscheidung. Neben der eigentlichen GaN-Schicht werden dabei auch Strain-Management- und Puffer-Schichten übereinander aufgebracht. So entstehen letztlich GaN-Leistungshalbleiter, die sich durch eine hohe Durchbruchspannung, geringe vertikale Verluste und die Einsatzfähigkeit in Hochtemperaturanwendungen auszeichnen.

Täuscht der Eindruck oder beginnen inzwischen einige der GaN-Pioniere, sich vom Normally-On-Konzept des GaN-Leistungshalbleiters abzuwenden und stattdessen Normally-Off-Lösungen zu entwickeln?

Es gibt am Markt Entwicklungen in diese Richtung; man könnte sagen, es wird versucht, dem Anwender ein MOSFET-ähnliches Bauteil anzubieten. Ich bin jedoch davon überzeugt, dass Normally-On im Fall von GaN die bessere Lösung ist. Damit lassen sich sehr robuste Cascode-Schaltungen realisieren, die dem Anwender als Systemlösung einen größeren Vorteil bieten als in Form eines reinen Leistungshalbleiterschalters.

Nachdem Sie gezeigt haben, dass es möglich ist, GaN-on-Silicon auf 200-mm-Wafern problemlos in Serie zu fertigen, wäre das doch auch ein hervorragendes Geschäft für die großen Foundries, wie etwa TSMC?

Theoretisch ja. TSMC hätte sicher die Technologie, GaN-on-Silicon zu fertigen, aber sie haben kein entsprechendes Produkt.