लेजर कटिंग तकनीक का उपयोग करके वर्टिकल एमओएसएफईटी की लागत को कम करना--गैन वेफर

GaN वर्टिकल MOSFETs इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए आशाजनक पावर डिवाइस हैं, जो चैनल गतिशीलता के मामले में समान SiC उपकरणों से बेहतर हैं, एक महत्वपूर्ण मीट्रिक।स्वदेशी सब्सट्रेट की उच्च लागत ने उनकी व्यावसायिक सफलता में बाधा डाली है.

इस मुद्दे को हल करने के लिए, विभिन्न टीमों ने GaN सब्सट्रेट रीसाइक्लिंग प्रौद्योगिकियों की जांच की है। इनमें से एक सहयोगी टीम में Mirise Technologies,नागोया विश्वविद्यालय, और हमामात्सु ने इस विधि की सफलता का सबसे व्यापक प्रदर्शन करने का दावा किया है।

मिरीसे टीम के प्रवक्ता ताकाशी इशिदा के अनुसार, गैएन सब्सट्रेट रीसाइक्लिंग पर पिछली रिपोर्ट प्रक्रिया के कुछ हिस्सों का मूल्यांकन करने तक सीमित थी। इशिदा कहते हैं,"रीसाइक्ल्ड वेफर्स पर निर्मित उपकरणों की विशेषताओं का मूल्यांकन करना आवश्यक है।. हमारा पेपर इन परिणामों की रिपोर्ट करने वाला पहला है. "

इशिदा कहते हैं कि यद्यपि उनके परिणाम उत्साहजनक हैं, लेकिन इस प्रक्रिया को औद्योगिक पैमाने पर लागू करने से पहले और अधिक काम करने की आवश्यकता है।चूंकि विनिर्माण लागत को कम करने के लिए GaN सब्सट्रेट को कई बार पुनर्नवीनीकरण करने की आवश्यकता होती है, यह प्रदर्शित करना आवश्यक है कि कई दौर के पुनर्चक्रण के बाद सब्सट्रेट पर उगाए गए उपकरणों पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ता है।

जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, जापानी सहयोगी टीम की रीसाइक्लिंग प्रक्रिया में सब्सट्रेट से उपकरणों को अलग करने के लिए 532 एनएम लेजर का उपयोग करना शामिल है।यह प्रकाश स्रोत एन-फेस से सब्सट्रेट का विकिरण करता है, और फोकल प्लेन पर दो-फोटॉन अवशोषण के माध्यम से, सब्सट्रेट धातु गैलियम और नाइट्रोजन में विघटित होता है।

पृथक्करण के बाद, चिप्स के एन-फेस को चिकनी सतह प्राप्त करने के लिए पॉलिश किया जाता है, इसके बाद धातु जमा और पैकेजिंग की जाती है।

मुक्त सब्सट्रेट के Ga-फेस को पहले पॉलिश किया जाता है, फिर परमाणु स्तर की सपाटता प्राप्त करने के लिए रासायनिक यांत्रिक रूप से पॉलिश किया जाता है और फिर HVPE का उपयोग लगभग 90 μm मोटी GaN परत जमा करने के लिए किया जाता है.टीम के अनुसार, इस अतिरिक्त रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग चरण के बाद, GaN सब्सट्रेट नए जैसा दिखता है।

अपनी प्रक्रिया का मूल्यांकन करने के लिए, शोध दल ने एक ही वेफर पर निर्मित पार्श्व MOSFET और ऊर्ध्वाधर पी-एन डायोड के प्रदर्शन को मापा।दोनों प्रकार के उपकरणों को एमओसीवीडी प्रक्रिया में उत्पादित एपिटाक्सियल वेफर्स से बनाया गया था: सबसे पहले, 4 μm मोटी n-प्रकार की GaN परत को 1 x 10^17 cm^-3 पर डोप किया जाता है, इसके बाद 2 μm मोटी p-प्रकार की GaN परत को 5 x 10^17 cm^-3 पर डोप किया जाता है।

अध्ययन में सबसे पहले GaN सब्सट्रेट की काटने से पहले और बाद में दोनों प्रकार के उपकरणों के प्रदर्शन का आकलन किया गया।विभिन्न गेट वोल्टेज पर MOSFET ड्रेन करंट और गेट करंट और विभिन्न रिवर्स बायस मूल्यों पर डायोड रिवर्स करंट के ग्राफ में लेजर डसिंग के कारण कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं दिखाया गयाइसने शोध दल को यह निष्कर्ष निकालने के लिए प्रेरित किया कि डिवाइसेस को डसिंग प्रक्रिया से "बस प्रभावित" किया गया था,के रूप में लेजर स्रोत के हीटिंग और जुदाई कदम से संबंधित तनाव एक प्रभाव पड़ा हो सकता है.

ताकाशी इशिदा और उनके सहयोगियों ने इन मापों की तुलना पुनर्नवीनीकरण सब्सट्रेट का उपयोग करके निर्मित पार्श्व MOSFET और ऊर्ध्वाधर p-n डायोड के साथ की। परिणाम बहुत समान थे।साइड MOSFETs के लिए गेट रिसाव धारा में अंतर के साथ, गेट इन्सुलेटर की गुणवत्ता में भिन्नता के कारण।

अनुसंधान दल के अनुसार, उनके निष्कर्ष बताते हैं कि GaN रीसाइक्लिंग प्रक्रिया के बाद उपकरणों का प्रदर्शन महत्वपूर्ण रूप से बिगड़ता नहीं है।

ताकाशी इशिदा का कहना है कि उपकरण उत्पादन लागत को अधिक प्रतिस्पर्धी बनाने के लिए गैएन सब्सट्रेट को रीसायकल करने के अलावा, उनके आकार को बढ़ाना आवश्यक है।शोध दल को बड़ी गैएन सब्सट्रेट का उपयोग करके अपनी रीसाइक्लिंग प्रक्रिया का प्रदर्शन करने में रुचि है.

इससे GaN सब्सट्रेट के फायदे स्पष्ट होते हैं।

• उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज: GaN सब्सट्रेट उच्च वोल्टेज को संभाल सकते हैं, जिससे वे उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए आदर्श हैं।
• उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता: GaN सब्सट्रेट उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता प्रदर्शित करते हैं, जो तेज स्विचिंग गति और उच्च दक्षता में योगदान देता है।
• व्यापक बैंडगैप: GaN में एक व्यापक बैंडगैप होता है, जिससे सिलिकॉन आधारित उपकरणों की तुलना में उच्च तापमान और वोल्टेज पर उपकरण काम कर सकते हैं।
• उच्च ताप प्रवाहकता: GaN सब्सट्रेट में बेहतर थर्मल कंडक्टिविटी होती है, जो कुशल गर्मी अपव्यय में मदद करती है और डिवाइस की विश्वसनीयता को बढ़ाती है।
• कम प्रतिरोध: GaN सब्सट्रेट पर निर्मित उपकरणों में आम तौर पर कम ऑन-प्रतिरोध होता है, जिससे संवाहक हानि कम होती है और समग्र प्रदर्शन में सुधार होता है।
• उच्च आवृत्ति क्षमता: GaN सब्सट्रेट आरएफ और माइक्रोवेव संचार सहित उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं।
• स्थिरता: GaN उपकरण अधिक मजबूत होते हैं और कठोर पर्यावरणीय परिस्थितियों का सामना कर सकते हैं, जिससे वे मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं।
• आकार और वजन में कमी: GaN आधारित उपकरण उनके सिलिकॉन समकक्षों की तुलना में छोटे और हल्के हो सकते हैं, जो उन अनुप्रयोगों में फायदेमंद है जहां स्थान और वजन महत्वपूर्ण हैं।
• बेहतर दक्षता: GaN के अंतर्निहित गुणों से बिजली रूपांतरण में दक्षता में सुधार होता है, जो इलेक्ट्रिक वाहनों और नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
• उच्च तापमान वाले वातावरण में बेहतर प्रदर्शन: GaN सब्सट्रेट उच्च तापमान वातावरण में अच्छा प्रदर्शन करते हैं, अपनी दक्षता और विश्वसनीयता बनाए रखते हैं।
• लागत में कमी की संभावना: जैसे-जैसे GaN सब्सट्रेट के लिए रीसाइक्लिंग और विनिर्माण प्रक्रियाओं में सुधार होता है, लागत को कम किया जा सकता है, जिससे GaN आधारित उपकरण अधिक व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य हो जाते हैं।
• उन्नत विनिर्माण तकनीकों के साथ संगतता: GaN सब्सट्रेट को उन्नत विनिर्माण तकनीकों के साथ एकीकृत किया जा सकता है, जैसे कि लेजर काटना, डिवाइस के प्रदर्शन को और बढ़ाने और उत्पादन लागत को कम करने के लिए।

GaN हम प्रदान कर सकते हैं

GaN गैलियम नाइट्राइड वेफर उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता आरएफ उपकरण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और एलईडी ((अधिक के लिए चित्र पर क्लिक करें)

गैलियम नाइट्राइड (GaN) वेफर्स अपने अद्वितीय सामग्री गुणों के कारण विभिन्न उद्योगों में एक महत्वपूर्ण तकनीक के रूप में उभरे हैं।और असाधारण थर्मल स्थिरता, GaN वेफर्स को पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, आरएफ उपकरणों, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और अधिक में अनुप्रयोग मिलते हैं। यह सार GaN वेफर्स के बहुमुखी अनुप्रयोगों की खोज करता है,5जी संचार को बिजली देने से लेकर एलईडी को प्रकाश देने और सौर ऊर्जा प्रणालियों को आगे बढ़ाने तकGaN की उच्च प्रदर्शन विशेषताएं इसे कॉम्पैक्ट और कुशल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास में एक आधारशिला बनाती हैं, जो ऑटोमोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स, एयरोस्पेस,और नवीकरणीय ऊर्जातकनीकी नवाचार में एक प्रेरक शक्ति के रूप में, GaN वेफर्स विभिन्न उद्योगों में संभावनाओं को फिर से परिभाषित करना जारी रखते हैं, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और संचार प्रणालियों के परिदृश्य को आकार देते हैं।