Interview mit Dr. John Palmour Siliziumkarbid ist kostengünstiger als Silizium

Wann kommen IGBTs aus Siliziumkarbid?

Jeff Cassady, ihr Business-Develpment-Manager, sprach letztes Jahr auf der SEMICON Europa davon, Wolfspeed würde im Labor bereits mit SiC-IGBTs experimentiert (siehe [1], Anm. d. Red.). Können Sie uns dazu mehr erzählen?

Dieses Bauteil ist tatsächlich noch im Forschungsstadium, aber so viel kann ich schon verraten: Es eignet sich für sehr hohe Sperrspannungen – 10 Kilovolt und darüber. Wir konnten bereits eine Sperrspannung von 27 Kilovolt demonstrieren, das ist mit keiner anderen Halbleiter-Technologie möglich. Trotzdem sind die Eigenschaften sehr gut.

Wolfspeed produziert für den HF-Bereich auch Galliumnitrid auf Siliziumkarbid. Planen Sie derartige Bausteine auch für den Power-Bereich?

Derzeit gibt es keine Pläne dies zu tun. Wir glauben, Siliziumkarbid ist viel besser als Galliumnitrid auf jeglichem Substrat. Die Waferdurchmesser für GaN-on-SiC sind deutlich geringer als für GaN-on-Si. Der wesentliche Grund, warum man GaN-on-Si produziert, sind die niedrigen Kosten für das Substrat. Wenn aber der Die dreimal größer ist, ergibt sich da kein großer Kostenvorteil, denn am Ende zählen ja die Kosten für den Die. Daher gehen wir davon aus, dass Galliumnitrid keine gangbare Lösung für Spannungen über 600 oder 650 Volt ist. GaN könnte eine wichtige Rolle bei niedrigeren Spannungen spielen, aber da ist auch Silizium noch gut aufgestellt. Das ist ein hart umkämpfter Markt, an dem wir nicht partizipieren möchten. Außerdem kann ein GaN-on-Si-Baustein nicht »avalanchen«, daher muss man diese überdimensionieren. Dies wiederum macht den Die größer, was den Vorteil des kostengünstigen Substrats wieder zunichte macht.

In meinem Vortrag gestern habe ich die Distributionspreise für drei in etwa äquivalente Bausteine miteinander verglichen: einen Silizium-Superjunction-MOSFET für 900 Volt von Infineon, unseren 900-Volt-SiC-MOSFET aus der dritten Generation sowie einen 650-Volt-GaN-Baustein. Alle sind für etwa den gleichen maximalen Drain-Strom von 23 bzw. 25 Ampere bei einer Gehäusetemperatur von hundert Grad Celsius ausgelegt. Der Infineon-Baustein kostete 11,50 US-Dollar. Unser Chip liegt bei 9,87 Dollar, bieten aber bessere Performance sowie höhere Schaltgeschwindigkeiten. Und dann ist da noch der GaN-HEMT: Dieser kostet trotz des sehr billigen Substrats 27 Dollar!

Aber dieser Preis wird sicher noch sinken!

Ja, aber der von Siliziumkarbid doch auch. Und die Frage ist, warum liegt der GaN-Baustein bei 27 Dollar, wo doch das Substrat so billig ist? Es liegt an der Epitaxie; dieser Prozess ist bei GaN-on-Si sehr teuer.

Das passt gut zu der Aussage von Alex Lidow von EPC. Er sagte mir auf der APEC 2016, dass sie ihre HEMTs überdimensionieren müssten, um deren Zuverlässigkeit zu beweisen.

Das mussten wir anfangs ja auch. Alex fokussiert sich mit seinen GaN-Bausteinen auf niedrige Sperrspannungen. Da fällt die Überdimensionierung preislich noch nicht so ins Gewicht. Aber je höher die Spannungen werden, umso mehr wirkt sich dies mit den dickeren Epitaxieschichten auf den Preis aus. Transphorm hat ja öffentlich bekanntgegeben, dass ihre 600-/650-Volt-Typen in Wirklichkeit für 1100 bis 1200 Volt ausgelegt sind. Das ist wirklich eine große Reserve. Und die brauchen sie, da GaN-on-Si-Bausteine nicht avalanchen können. Dies wird aus meiner Sicht auch in absehbarer Zeit nicht möglich sein, denn das Material hat viel zu viele Kristalldefekte.