Les couches épi GaN sont généralement développées par MOCVD sur divers substrats, tels que le saphir, le substrat Si et SiC. Le choix du substrat varie selon les besoins des applications. Ainsi, pour l'application RF MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), le substrat SiC, qui peut fournir les niveaux de puissance les plus élevés detranches GaN, avec d'autres caractéristiques exceptionnelles pour assurer leur utilisation dans les environnements les plus exigeants, est le matériau préféré pour la croissance hotéroépitaxiale de GaN. La structure MOSFET GaN à base de SiC répertoriée ci-dessous est développée pour les applications RF. En outre, nous pouvons développer une structure de transistor GaN épitaxial personnalisée pour les dispositifs RF.

1. Épitaxie de structure GaN MOSFET sur substrat SiC pour applications RF

PAM200409-MOSFET

No.1Structure MOSFET AlGaN / GaN

No.2GaN sur tranches de SiC avec structures EPI pour RF MOSFET

Pour l'espace interne des téléphones mobiles, la structure épi GaN sur SiC permet d'obtenir un bon contrôle de la consommation d'énergie. Dans les communications par satellite avec des exigences de sortie haute fréquence et haute puissance, il estime que la technologie du nitrure de gallium (GaN) remplacera progressivement GaAs et Si comme nouvelle solution depuis les avantages du GaN MOSFET.

Parmi eux, la plaquette MOSFET GaN-sur-SiC combine l'excellente conductivité thermique du SiC avec la densité de puissance élevée et les faibles capacités de perte du GaN. Comparé au Si, le SiC est un substrat très dissipatif, faisant fonctionner les appareils à des tensions élevées et des courants de drain élevés, la température de jonction augmentera lentement avec la puissance RF, ce qui se traduira par de meilleures performances RF et un matériau adapté aux applications RF.

2. Pourquoi la plaquette MOSFET GaN-sur-SiC est-elle supérieure aux autres semi-conducteurs sur le marché RF?

Les MOSFET GaN-sur-SiC devraient remplacer la domination des LDMOS à base de silicium sur le marché RF dans un avenir proche. Et le GaN sur SiC epi wafer se démarque dans les applications RF pour les raisons suivantes :

Le GaN a un champ électrique de claquage élevé en raison de sa large bande interdite, ce qui permet aux dispositifs GaN de fonctionner à des tensions beaucoup plus élevées que les autres dispositifs à semi-conducteurs. Lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique suffisamment élevé, les électrons d'un semi-conducteur peuvent acquérir suffisamment d'énergie cinétique pour rompre les liaisons chimiques (un processus connu sous le nom d'ionisation par impact ou claquage de tension). Si l'ionisation par impact n'est pas contrôlée, les performances de l'appareil peuvent être dégradées. Étant donné que les dispositifs GaN peuvent fonctionner à des tensions plus élevées, ils peuvent être utilisés dans des applications à plus haute puissance.

Les électrons sur GaN ont une vitesse de saturation très élevée (vitesse des électrons dans des champs électriques extrêmement élevés). Lorsqu'ils sont combinés à la grande capacité de charge, les MOSFET GaN sur substrats SiC sont capables de fournir des densités de courant beaucoup plus élevées.

La puissance de sortie RF est le produit de l'oscillation de tension et de courant, donc plus la tension est élevée et plus la densité de courant est élevée, plus la puissance RF peut être produite dans un transistor grandeur nature. En bref, les dispositifs fabriqués sur des MOSFET GaN verticaux produisent des densités de puissance beaucoup plus élevées.

Les dispositifs GaN-sur-SiC présentent des propriétés thermiques inhabituelles, principalement en raison de la conductivité thermique élevée du SiC. Plus précisément, la température du dispositif sur la structure GaN MOSFET ne devient pas aussi élevée qu'un dispositif GaAs ou Si pour la même consommation d'énergie. Plus la température de l'appareil est basse, plus il est fiable.

3. À propos du MOSFET

Le MOSFET est un type d'IGFET (transistor à effet de champ à grille isolée) fabriqué par oxydation contrôlée d'un semi-conducteur. C'est un transistor à effet de champ qui peut être largement utilisé dans les circuits analogiques et les circuits numériques. Selon la polarité du canal (porteuse de travail), le MOSFET peut être divisé en type N et type P, également appelé NMOSFET (NMOS) et PMOSFET (PMOS). Pour GaN MOSFET vs Si MOSFET, GaN MOSFET peut commuter plus rapidement que celui du silicium, et la vitesse de balayage de dV/dt est supérieure à 100 V/nsec.

Il existe de nombreuses technologies MOSFET courantes, telles que le MOSFET à double grille, le MOSFET en mode d'appauvrissement, le MOSFET de puissance, le MOSFET à double diffusion, etc. Parmi tous les types, le MOSFET à double grille est généralement utilisé dans les circuits intégrés RF. Les deux portes de ce MOSFET peuvent contrôler la quantité de courant. Dans les applications de circuits RF, la deuxième porte d'un MOSFET à double porte est principalement utilisée pour le contrôle du gain, du mélangeur ou de la conversion de fréquence.

Structure MOSFET à double grille typique sur substrat Si

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