SDK bietet neue SiC epitaktische Wafer mit sehr geringer Fehlerdichte an – Unser Beitrag zur Kommerzialisierung von „Full SiC Power Modules“

02/10/2015

Showa Denko (SDK, Tokyo) hat einen neuen Typ von epitaktischen Wafers aus Silikoncarbid mit sehr geringer Fehlerdichte für Leistungshalbleiter entwickelt. In diesem Monat wird SDK mit der Auslieferung des neuen Typs in zwei verschiedenen Durchmessern, 4 Inch (100 mm) und 6 Inch (150 mm) beginnen. Der Handelsname lautet „High-Grade Epi“ („HGE“).

Im Vergleich zu herkömmlichen Silikon-basierten Halbleitern, können SiC-basierte Leistungshalbleiter auch bei hohen Temperaturen, Hochspannungsbedingungen und hohen Stromstärken arbeiten. Dabei können sie den Energieverlust deutlich senken. Diese Eigenschaften ermöglichen die Produktion einer kleineren, leichteren und energieeffizienteren neuen Generation von Leistungssteuerungseinheiten. SiC Leistungshalbleiter finden bereits in der Stromversorgung von Servern in Data Centern, dezentraler Energieversorgung im Bereich erneuerbare Energien und in U-Bahn-Waggons Anwendung. Ein weiterer Nachfragezuwachs wird erwartet, da Pläne angekündigt wurden, SiC Leistungshalbleiter in Fahrzeugen zu verbauen. Darüber hinaus laufen bereits Bemühungen, um SiC-basierte Ultra-Hochspannungsteile (Bereich: 10 kV) für Stromerzeugungs- und Stromübertragungssysteme zu entwickeln.

In Leistungssteuerungseinheiten für Hochspannungsanwendungen und hohe Stromstärken kommen vor allem sogenannte Shottky-Dioden (Shottky barrier diode = SBD) und MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) zum Einsatz. Während SiC zunehmend für SBD verwendet wird, gestaltet dich die Anwendung in MOSFETs als schwierig. Da bei einem MOSFET ein Oxidfilm auf der Oberfläche des epitakitischen Wafers Verwendung findet, können kleine Oberflächenfehler (surface defects = SD) und unterschiedliche Fehler in der Kristallstruktur, einschließlich Basal Plane Dislocation (BPD), die Ausbeute und Produktqualität merklich beeinflussen.

Im Automobilbereich hingegen werden große Chips (ca. 10 mm im Quadrat) aus epitaktischen Wafers hergestellt. Das hängt damit zusammen, dass eine Einheit eine Stromstärke von bis zu 100 A aushalten muss. Um die Produktionsausbeute bei solch großen Chips auf hohem Niveau zu erhalten, muss sich die Fehlerdichte bei epitaktischen Wafers unter 0,1/cm² gehalten werden.

Mit dem neuen Produkt „HGE“ ist es SDK gelungen die Anzahl von SD unter 0,1/cm² zu bringen. (Dies entspricht einem Drittel im Vergleich zu SDK’s herkömmlichen Produkten.) Auch bei BPD erreichen wir einen Wert von 0,1/cm². (Dies ist ein Hundertstel oder weniger verglichen mit herkömmlichen Produkten.) Dadurch ist es nun möglich, Defekte aufgrund von BPD fast vollständig zu vermeiden (unter Annahme der Verwendung eines 10 mm Chips). SDK ist überzeugt, dass das neue Produkt einen großen Beitrag zur Kommerzialisierung und zum Marktwachstum im Bereich „Full SiC Power Modules“, bestehend aus SiC-SBD und SiC-MOSFET, leisten wird.

Durch unsere HGE Technologie ist es SDK außerdem gelungen SiC epitaktische Wafer mit einer Film Thickness von 100µm oder mehr herzustellen. Diese weisen eine geringe Fehlerdichte und hohe Gleichmäßigkeit auf. SDK wird SiC epitaktische Wafer für Energieversorgung- und -übertragung anbieten. Für SiC epitaktische Wafer wird bis 2025 ein Marktwachstum auf 100 Mrd. Yen erwartet. SDK wird sich auch weiterhin bemühen höchsten Qualitätsanforderugen gerecht zu werden und damit zum Ausbau des Marktes beitragen.

SiC HGE

Vergleich der Fehlerdichte (basierend auf Testergebnissen von epitaktischen Wafers (4 Inch))