Schwerpunkte

Neuartige Leistungshalbleiter

Siliziumtransistoren mit der Performance von SiC und GaN

14. Oktober 2020, 15:00 Uhr   |  Ralf Higgelke

Siliziumtransistoren mit der Performance von SiC und GaN
© Search For The Next

Hinter Bizen (Bipolar/Zener) verbirgt sich eine neuartige Prozesstechnologie für Standard-Siliziumwafer von Search For The Next. Damit gefertigte Quanten-Sperrschichttransistoren liefern 1200 V/75 A in einem TO-247-Gehäuse, und machen damit Silizium-IGBTs und Wide-Bandgap-Halbleitern Konkurrenz.

»75 A Strom und eine Sperrspannung von 1200 V in einem TO-247-Gehäuse ist bislang entweder mit IGBTs oder mit SiC-MOSFETs machbar«, erläutert David Summerland, CEO und Gründer des in Nottingham ansässigen Unternehmens Search For The Next (SFN), das die Bizen-Technologie erfunden hat. Doch IGBTs schalten sehr langsam, weswegen sie bei hohen Schaltfrequenzen hohe Verluste generieren.

Siliziumkarbid hat auch bekannte Nachteile. Summerland ergänzt daher: »Beispielsweise dauert die Prozessierung von Siliziumkarbid viel länger und hat einen großen Kohlendioxidausstoß bei der Fertigung. Unabhängig von den Roadmaps lässt sich Siliziumkarbid nicht so gut skalieren wie Silizium, und das ökonomische Argument, dass Siliziumkarbid mit Silizium mithalten könne, berücksichtigt nicht die Fortschritte, die durch Bizen erreicht werden könnten. Im Gegensatz dazu zeigen die Daten, die wir aus realen Wafertests gewonnen haben, dass unsere Quanten-Sperrschichttransistoren die gleiche Leistungsfähigkeit wie Siliziumkarbid oder Galliumnitrid aufweisen. Die für die Herstellung eines Quanten-Sperrschichttransistors erforderliche Fertigungslinie ist jedoch genau die gleiche wie für einfache Silizium-MOSFETs, und der Bizen-Prozess erhöht den Fertigungsaufwand nicht zusätzlich.«

Nun stellte Search For The Next erste Bauelemente auf Basis dieses Prozesses vor. Es sind drei Komponenten mit Nennspannungen von 1200 V/75 A, 900 V/75 A und 650 V/32 A und werden in den branchenüblichen TO247- oder TO263-Gehäusen für Leistungs-MOSFETs erhältlich sein.

Bizen wendet die Quantenmechanik auf einen traditionellen bipolaren Waferprozess an. Das Ergebnis ist ein nach eigenen Angaben robustes und zuverlässiges Bauelement, das auf der traditionellen bipolaren Siliziumtechnologie aufbaut und von ihr abstammt. Bizen reduziert auch die Lieferzeiten von 15 Wochen, wie sie für die Integration von MOS zum Aufbau von CMOS in großem Maßstab typisch sind, auf weniger als zwei Wochen. Zudem halbiert Bizen die Anzahl der Prozess-Schichten und verwendet für die neuen QJTs (Quantum Junction Transistor) dieselben acht Schichten und denselben Wafer-Prozess.

Wafertests zeigen auch, dass der Bizen-Prozess derzeit eine effektive Verstärkung von über 1 Million aufweist. Dadurch lässt sich ein QJT mit 1200 V/75 A direkt mit einem CPU-Ausgangsport mit niedriger Spannung und niedrigem Strom verbinden, etwa mit einer PWM. Summerland kommt zu dem Schluss: »Der Quanten-Sperrschichttransistors wird in Kürze zum Prozessor-Sperrschichttransistor führen, einem integrierten Bizen-Baustein mit eigenem Prozessor, der ebenfalls mit einer Fertigungszykluszeit von acht Tagen hergestellt werden kann und damit eine neue Ära intelligenter Leistungsbausteine einläuten wird.«

Search For The Next hat auch andere vergleichende Leistungskennzahlen für ein Bauteil mit 1200 V/100 A – ebenfalls im TO-247 – veröffentlicht, das auf seiner kurzfristigen Roadmap steht. Die Verluste bei Nennstrom werden laut Hersteller ein Viertel (<300 mV) der Verluste des SiC-Bauelements betragen, und auch seine Eingangskapazität wird vier- bis fünfmal geringer sein (<1 pF).

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

So entsteht ein SiC-Wafer
SiC-Performance zum IGBT-Preis
Stößt ein neuartiger Bipolar-Prozess CMOS vom Thron?

Verwandte Artikel

elektroniknet