iDeal Semi beschreibt seine SuperQ-Technologie ...

Aug 10, 2023

„Wir haben das Konzept von SuperQ eingeführt und es war interessant zu sehen, wie der Markt auf die Arbeit in Silizium statt auf die Arbeit mit großer Bandlücke reagiert. Wir sind höchstwahrscheinlich das einzige Silizium-Energie-Startup in den USA“, sagt Mark Granahan, CEO und Gründer gegenüber eeNews Europe Power

„Es gab eine enorme Überraschung. Es ist nicht schwer, nicht zu finden, dass Silizium in der Leistungselektronik eine tote Rhetorik ist, und alle gingen davon aus, dass dies der Fall war“, sagte Ryan Manack, Vizepräsident für Marketing bei iDeal. „Aber die Eintrittsbarrieren für WBG sind bei neuen Konzepten, wie man diese Geräte nutzt und wie man sie antreibt, hoch. Daher war es eine schöne Botschaft, auf einem gut verstandenen Netz aus Silizium-Energie zu reiten, das Kosten und Herstellbarkeit berücksichtigt.“ Viele Anwendungen waren überrascht, dass wir diese Leistung in Silizium liefern können.“

Die SuperQ-Technologie nutzt einen Cocktail aus dielektrischen Materialien, Ätzen und Atomschichtabscheidung, um die Leistung aller Arten von Leistungsgeräten zu verbessern. Es ermöglicht einen viel niedrigeren spezifischen Einschaltwiderstand (RSP) für einen viel geringeren Einschaltwiderstand, was wiederum zu einer Verbesserung der Schaltleistung führt, da der Chip kleiner ist.

„Wir glauben, dass SuperQ weiterhin Leistungsverbesserungen bieten kann, die mit der Umstellung auf Superjunction-Geräte vergleichbar sind“, sagte Granahan. „Die grundlegende Dicke des Driftbereichs bestimmt die Durchbruchspannung und diese Dicke erhöht den spezifischen Widerstand des Geräts. Heutzutage bestehen bei Superjunction-Technologien 50 % der Leitungsfläche aus n-Typ-Material, was eine grundlegende Grenze von 13–15 V pro Mikrometer darstellt“, sagte Granahan.

„Unsere Technologie ermöglicht eine Spannungsblockierung von 19 bis 20 V/um, da wir den p-Bereich grundsätzlich übernommen und ihn mithilfe einer Ätzfunktion und eines dielektrischen Materialsatzes nahezu eliminiert haben, der es uns ermöglicht, einen Ladungsausgleich auf einer sehr kleinen Fläche bereitzustellen. Der Leitungsbereich wird stark erweitert, sodass wir mehr Fläche haben und so den RSP verbessern. Dies ergibt eine Spannungsblockierung von 19 bis 20 V/um, eine Verbesserung um 30 %, sodass unsere Epitaxie viel dünner ist. Die größere Leitungsfläche und die höhere Dotierungskonzentration ermöglichen eine sehr effektive Hochspannungsblockierungstechnik.“

Durch den Einsatz modernerer Chipherstellungswerkzeuge wird der Prozess für Gießereien außerdem einfacher und kostengünstiger.

„Unsere Technologie wurde bei einigen Filmen und Materialien von CMOS übernommen, sodass wir in der Welt der Energie auf Nanometerebene arbeiten“, sagte Granahan. „Anstelle der Epi-Implantation mit über 18 Masken und langen Prozesszeiten oder der Graben- und Wiederauffüllung mit 14 Masken benötigt unsere Ätz- und ALD-Abscheidung weniger als 10 Masken, sodass unsere Kapitalkosten niedrig und der Prozess kürzer sind.“

„Wir haben viel an Zuverlässigkeitstests gearbeitet, um die Technologie zu beweisen, indem wir alle bekannten Tests für ein Silizium-Stromversorgungsgerät durchlaufen haben, und im Kern ist die Fähigkeit des Films, die Ladung zu halten, sehr wichtig Wir haben die Zuverlässigkeit des Films selbst und dann des Geräts überprüft, um zu zeigen, dass die Durchbruchspannung und der Leckstrom über die Zeit stabil sind.

„Unsere MOSFET-Struktur ist sehr einfach und elegant. Die Anzahl der Masken liegt bei etwa 10 bis 11, was sich positiv auf die Zuverlässigkeit des Geräts auswirkt.“

„Jedes Gerät, das Strom leiten und Spannung sperren muss, kann SuperQ-Dioden und MOSFETs verwenden. „Wenn wir den Markt analysieren, fallen etwa 90 bis 95 % des Raums unter 850 V, es handelt sich also wirklich um einen riesigen Markt“, sagte Manack.

Der einzelne Prozess kann für MOSFETs und Dioden von 60 V bis 850 V verwendet werden, anstatt mehrere Technologien verwenden zu müssen, um einen breiten Spannungsbereich abzudecken.

„Bei 60 bis 200 V gibt es Verbraucher, Motorantriebe, E-Bikes und den gesamten Server- und KI-Bereich, die viel Strom liefern wollen und 120 bis 200 V benötigen“, sagte er.

„Die Struktur des Geräts ist für schnelles Schalten optimiert“, sagte Granahan. „Dieser Film sammelt gerne Löcher, sodass diese Löcher beim Schaltübergang an der Oberfläche gehalten werden und die Gate-Struktur daher sowohl seitliche als auch Gate-Grabenstrukturen aufweist. Es bietet das Beste aus beiden Welten mit hervorragenden DC-Eigenschaften und hervorragendem Schalten. Wir können den 150-kHz-Bereich, der den oberen Bereich der Leistungsdesigns darstellt, problemlos durchbrechen.“

Das Unternehmen nutzt das Verfahren, um gemeinsam mit Foundry-Partnern eigene 650-V- bis 800-V-MOSFETs zu bauen.

„Wir sind ein Gerätehersteller und werden daher Produkte an Kunden verkaufen“, sagte Granahan. „Polar [Semiconductor in den USA] ist einer unserer Produktionspartner und fungiert als Gießerei für uns. Wir haben Montage und Tests in Asien an Subunternehmer vergeben.“

„Letztendlich werden wir unsere Produktionsbasis erweitern und hoffen, dass wir breitere Lösungen mit größeren Stückzahlen unterstützen und die Technologie von derzeit 200 mm auf 300 mm erweitern können. Wir haben Applied Materials als Partner und haben aufgrund der Kosten- und Ausrüstungsvorteile viel mit ihnen bei 300 mm zusammengearbeitet. Daher ist unser Plan, bei unserer Expansion auf 300 mm zu expandieren, was einen weiteren Gießereipartner erfordert.

„Wir haben den Fahrplan für die nächsten 20 Jahre, um die Technologie zu verbessern. Es wird erwartet, dass Silizium in diesem Spannungsbereich hinsichtlich des Preis-Leistungs-Verhältnisses führend sein wird. Im Rhythmus von drei bis vier Jahren werden wir den Knoten der nächsten Generation herausbringen. Es dauert drei Jahre, das Portfolio an einem einzelnen Knoten zu vervollständigen, und während die Designteams daran arbeiten, arbeiten die Technologieteams am nächsten Knoten.“

„Es geht darum, ein hohes Maß an Effizienz auf kosteneffiziente Weise zu liefern. Die meisten Unternehmen, mit denen wir zusammenarbeiten möchten, streben nach einer Effizienzsteigerung. Hochfrequenz ist sicherlich interessant.

Der SuperQ-Ansatz kann sowohl mit GaN und SIC als auch mit Silizium verwendet werden.

„Unserer Ansicht nach sind SiC und GaN großartige Energiematerialien, aber sie weisen viele grundlegende Probleme bei der Herstellbarkeit auf, die die Industrie noch lösen muss“, sagte Granahan. „Die Fehlerquote beeinträchtigt immer noch das Kostenniveau, das der Markt für eine Expansion benötigt. Es gibt einige Anwendungen wie Elektroantriebsstränge, die für sie geeignet zu sein scheinen, da die Kosten keine so große Rolle spielen.“

„Vertikale GaN-Geräte zur Verlagerung des Gitters in eine elektrifizierte Welt sind interessant und SuperQ kann auf diese Struktur angewendet werden, um den Widerstand zu verbessern“, sagte er. „Deshalb glauben wir, dass es sich um eine aufstrebende Technologie handelt, die auf Silizium und auf SiC- und vertikale GaN-Geräte sowie auf BCDMOS mit lateralen Geräten angewendet werden kann. Die Möglichkeit, Stromversorgung und Steuerung zu integrieren, ist ein großer Vorteil, aber wenn man auf 120 V und mehr umsteigt, macht das Stromversorgungsgerät am Ende 50 % des Chips aus. Wenn Sie das um das Zehnfache verkleinern können, können Sie von einem 10-mm2-Chip auf einen 5-mm2-Chip verkleinern, sodass die Möglichkeit, die Leistungsgeräte zu verkleinern, einen enormen Kostenvorteil darstellt. Das ist eine wirklich interessante Diskussion.“

„Langfristig glauben wir, dass SuperQ sehr gut auf WBG anwendbar ist, daher sind wir hinsichtlich der Materialien agnostisch, so dass wir die Technologie dort anwenden können, sobald die SiC-Welt die grundlegenden Fehlerstufen durchgearbeitet hat. Mittlerweile glauben wir, dass wir über ein paar Jahrzehnte Silizium verfügen.“

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