Das QSTTM-Substrat*1 ein 300-mm-GaN-Wachstumssubstrat, das von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. (Hauptsitz: Tokio; Präsident: Yasuhiko Saitoh; im Folgenden "Shin-Etsu Chemical") entwickelt wurde, wurde für das 300-mm-GaN-Leistungsbauelement-Entwicklungsprogramm bei IMEC*2 übernommen, wo derzeit Musterbewertungen durchgeführt werden. Bei der Bewertung erreichte das 5 µm dicke HEMT*3-Bauelement mit einem QSTTM-Substrat eine für 300-mm-Substrate rekordverdächtige Spannungsfestigkeit von über 650 V.
Shin-Etsu Chemical, lizenziert von QROMIS, Inc. (Hauptsitz: Kalifornien, USA, CEO: Cem Basceri, im Folgenden "QROMIS"), stellt 150-mm- und 200-mm-QST-Substrate sowie GaN-on-QST-Epitaxiesubstrate mit verschiedenen Durchmessern her. Im September 2024 haben wir in einer gemeinsamen Initiative mit QROMIS mit der Bereitstellung von 300-mm-QST-Mustern begonnen.
Darüber hinaus haben Shin-Etsu Chemical und QROMIS eine enge Partnerschaft geschlossen, um 300-mm-QST-Substrate für die hochmoderne 300-mm-CMOS-Fabrik von IMEC mit Sitz in Leuven, Belgien, bereitzustellen. IMEC ist ein 300-mm-GaN-Leistungsbauelement-Entwicklungsprogramm*4 das im Oktober 2025 offiziell gestartet wurde und dessen Ziel die Entwicklung eines GaN-Leistungsbauelements unter Verwendung von 300-mm-QSTTM ist. IMEC entwickelte ein Produkt mit einer Nennspannung von 650 V, gefolgt von einem Modell mit einer Spannungsfestigkeit von 1200 V+, das für Anwendungen in KI-Rechenzentren, in der Industrie und in Automobilen vorgesehen ist.
Die ersten Bewertungsergebnisse zeigten, dass IMEC erfolgreich eine 5 µm dicke Hochspannungs-GaN-HEMT-Struktur auf dem 300-mm-QST-Substrat von Shin-Etsu Chemical in Übereinstimmung mit den SEMI-Standards unter Verwendung der Hyperion MOCVD-Anlage von Aixtron*5 hergestellt hat. Damit wurde eine weltweite Rekord-Durchbruchspannung von über 800 V erreicht, die deutlich über den 650 V auf SEMI-konformen Substraten liegt und eine hervorragende Gleichmäßigkeit in der Ebene aufweist. Diese Ergebnisse zeigen, dass das QST-Substrat, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient auf GaN abgestimmt ist, auch bei großen Durchmessern eine hervorragende GaN-Kristallwachstumsleistung stabil liefern kann.
Da unsere bestehende Siliziumwafer-Produktionslinie für GaN verwendet werden kann, wird erwartet, dass die Erhöhung des Substratdurchmessers die Produktionskosten senken wird. Allerdings leidet das GaN-Wachstum auf Siliziumwafern unter zunehmend schlechteren Produktionserträgen bei größeren Durchmessern aufgrund von Problemen wie Waferverformungen, was eine praktische Massenproduktion verhindert. Das 300-mm-QST-Substrat löst dieses Problem, indem es das epitaktische Wachstum von 300-mm-GaN-Dickschichten für Hochspannungsanwendungen ohne Verformungen oder Risse ermöglicht was bisher auf Siliziumwafer-Substraten nicht möglich war und somit die Kosten für die Geräte erheblich senkt. Bislang hat Shin-Etsu Chemical die Anlagen für 150-mm- und 200-mm-QSTTM -Substrate verbessert und arbeitet derzeit an der Massenproduktion von 300-mm-QSTTM-Substraten.
Die QSTTM-Substrate werden derzeit von vielen japanischen und internationalen Kunden für Anwendungen wie Leistungsbauelemente, Hochfrequenzbauelemente und LED-Bauelemente evaluiert. Sie befinden sich derzeit in der Entwicklungsphase für praktische Anwendungen, um dem in letzter Zeit steigenden Interesse an Stromversorgungen für KI-Rechenzentren gerecht zu werden.
Die Produktpalette der 150- to 300-mm-QSTTM-Substrate kann dazu beitragen, die Verbreitung verschiedener GaN-Bauelemente erheblich zu beschleunigen. Shin-Etsu Chemical hat sich zum Ziel gesetzt, die gesellschaftliche Umsetzung von GaN-Bauelementen voranzutreiben, die wesentliche Eigenschaften für unsere zukünftige Gesellschaft vereinen, um zur Verwirklichung einer nachhaltigen Gesellschaft beizutragen, in der Energie effizient genutzt werden kann.
*1: | Das QSTTM-Substrat ist ein Substrat aus Verbundwerkstoffen, das speziell für das GaN-Wachstum entwickelt wurde. Es wurde von QROMIS (Kalifornien, USA, CEO: Cem Basceri) entwickelt und 2019 an Shin-Etsu Chemical lizenziert. QSTTM ist eine US-Marke von QROMIS (Registrierungsnummer 5277631). |
*2: | Eine weltweit führende internationale gemeinnützige Forschungs- und Entwicklungsorganisation im Bereich der Halbleitertechnologie mit Sitz in Leuven, Belgien. |
*3: | Abkürzung für "High Electron Mobility Transistor" (Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit). Ein Feldeffekttransistor (FET) mit einer Heterostruktur, bei der Elektronen in getrennten Schichten zugeführt und transportiert werden, unter Verwendung von Verbindungshalbleitern (wie Galliumarsenid und Galliumnitrid). |
(Bietet aufgrund der extrem hohen Elektronenbeweglichkeit eine höhere Geschwindigkeit und Frequenz als herkömmliche Si-Transistoren.) | |
*4: | Link zur Pressemitteilung von IMEC |
https://www.imec-int.com/en/press/imec-launches-300mm-gan-program-to-develop-power-devices | |
*5: | Ein multinationales Unternehmen mit Hauptsitz in Herzogenaurach, Deutschland, das Anlagen zur Herstellung von Verbindungshalbleitern entwickelt und vertreibt, hauptsächlich GaN-MOCVD-Anlagen und SiC-Epitaxieanlagen |
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