Coherent investiert $500 Millionen in Siliziumkarbid-Halbleitergeschäft

Die in Pittsburgh ansässige Coherent Corporation gab am Montag bekannt, dass DENSO und Mitsubishi Electric Corporation jeweils $500 Millionen für eine 12,5% Minderheitsbeteiligung an ihrem Siliziumkarbid-Halbleitergeschäft investiert haben, das als separate Tochtergesellschaft geführt wird und von Sohail Khan, Executive Vice President of Wide Bandgap Electronic Technologies, geleitet wird.

Mit diesem kohärenten Detektionsansatz können die Systemkosten erheblich gesenkt werden, da auf LO- und optische Frequenzverriegelungsschleifenkomponenten verzichtet werden kann und eine einfachere Technik zur Verfolgung der Polarisation zum Einsatz kommt.

Leistungselektronik

Siliziumkarbid (SiC) ist aufgrund seiner breiten Bandlücke, seiner hohen Durchbruchfeldstärke, seiner hohen Sättigungselektronendriftgeschwindigkeit und seiner Wärmeleitfähigkeit eine attraktive Wahl für die Leistungselektronik. Die elektrische Feldstärke von SiC kann bis zu 10-mal größer sein als die von Silizium; dies ermöglicht Geräte, die ein Zehntel dünner sind und gleichzeitig höhere Stromdichten verarbeiten können - was zu weniger Leistungsverlusten für kleinere und energieeffizientere Elektronikkomponenten führt.

SiC wird aufgrund seiner bemerkenswerten physikalischen Eigenschaften bei höheren Temperaturen eine immer wichtigere Rolle in energieeffizienten elektrischen Systemen der nächsten Generation spielen, was es zu einem unverzichtbaren Element macht. Leistungselektronik, die in der Lage ist, höheren Betriebstemperaturen standzuhalten und gleichzeitig eine größere Zuverlässigkeit bei kleineren Formfaktoren zu bieten, wird eine entscheidende Rolle bei der Verringerung der Treibhausgasemissionen, der Aufrechterhaltung stabiler Netzinfrastrukturen und der Erschwinglichkeit von Strom für Unternehmen, Haushalte und Fahrzeuge gleichermaßen spielen.

Automobilhersteller und Zulieferer ziehen es vor, SiC-basierte Leistungskomponenten von vertikal integrierten Lieferanten zu beziehen, d. h. von Unternehmen, die das Wafermaterial vom Seeding bis zur Herstellung der fertigen Bauelemente entwickeln. Dieser Ansatz gewährleistet eine gleichbleibende Qualität in der gesamten Lieferkette und verhindert, dass im Falle eines Problems die Schuld bei den verschiedenen Anbietern gesucht wird. Coherent bietet halbisolierende Substrate mit großem Durchmesser an, die sich für die Herstellung von GaN-on-SiC-Verstärkern und anderen HF-/Mikrowellen-Bauelementen eignen, die für Hochleistungsanwendungen in Elektrofahrzeugen geeignet sind.

Halbisolierende Substrate

SiC-Substrate von hervorragender Qualität sind für die Herstellung modernster Leistungselektronik und Galliumnitrid (GaN)-Heteroepitaxie-Mikrowellen-HF-Geräte unerlässlich. Ihre Kombination aus hoher Durchbruchspannung, Wärmeleitfähigkeit und GaN-Heteroepitaxie-Leistung sorgt für eine außergewöhnliche HF-Leistung in diesen Geräten.

Hochwertige Substrate erfordern eine sorgfältige Herstellung und Inspektion, um kristalline Defekte wie Karottendefekte, polytype Einschlüsse oder Kratzer auf der Waferoberfläche zu minimieren, die die Leistung der Geräte beeinträchtigen könnten. Zu den gängigen Methoden der Oberflächenprüfung gehören die Rasterelektronenmikroskopie, die Rasterkraftmikroskopie und die optische Mikroskopie.

Unverarmte HPSi-Substrate (Hexagonal Polytype SiC), die mittels physikalischem Dampftransport (PVT) oder chemischer Hochtemperatur-Gasphasenabscheidung (HTCVD) hergestellt werden, nutzen intrinsische Defekte, um tiefe Energieniveaus in ihre Bandlücke einzuführen und die verbleibenden flachen Stickstoff- und Borspender zu kompensieren, die sich in der Nähe ihres Zentrums befinden und das Fermi-Niveau näher an dieses heranführen.

II-VI hat Anfang 2019 im Rahmen eines 50-50-Kostenteilungsvertrags mit einem Gesamtvolumen von $12M über fünf Jahre und mehr als $12M an staatlichen Mitteln erfolgreich die kommerzielle Produktion von 150mm 6H-Halbisolationssubstraten gestartet. Im Rahmen dieses Programms wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Fertigungseffizienz und den Durchsatz zu verbessern, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Dazu gehörten die Ausweitung der heißen Zonen und die Installation automatischer Kontrollsysteme an den Wachstumsstationen - Verbesserungen, die zu einer Erhöhung der Mikrorohrdichte führten, wie in Abbildung 2 dargestellt.

RF & Mikrowelle

Die Fähigkeit von SiC, kohärente Spinzustände zu detektieren, erfüllt eine der Hauptanforderungen für komplexe Quantenkontrollanwendungen und öffnet gleichzeitig die Türen zu Anwendungen der optisch detektierten magnetischen Resonanz (ODMR) und der Photodetektion von Rabi-Oszillationen.

Für diese Anwendungen sind anwendungsspezifische Hochfrequenzsysteme mit schmalen Bandbreiten und Langzeitstabilität erforderlich. Um diese Aufgabe zu erfüllen, müssen die Polarisation und die räumliche Verteilung der Mikrowellenmoden denen der optischen WGMs entsprechen.

Die Ausnutzung der Richtungseigenschaften des Mikrowellenfeldes kann bei dieser Aufgabe hilfreich sein, z. B. durch Fokussierung auf eine Kante oder den Äquator der Kugel ist es möglich, die Mikrowellenmode in Regionen zu konzentrieren, in denen sich optische WGMs befinden.

Alternativ kann ein HF-Signal angelegt werden, indem ein Mikrowellensignal von einem Magnetfeld mit eingeschalteter Resonanz verstimmt und von seiner Position mit eingeschalteter Resonanz verstimmt wird. Auf diese Weise können Messungen sowohl bei eingeschalteter als auch bei ausgeschalteter Resonanz durchgeführt werden, ohne den Übergang zwischen diesen Zuständen abzuwarten.

Coherent (Geschäftsbereich Siliziumkarbid) stellt Halbleiter auf Siliziumkarbidbasis her. Das Unternehmen bietet Substrate und epitaktische Wafer aus Siliziumkarbid an, um die weltweite Kundennachfrage zu decken. Die Siliziumkarbid-Geschäftsbereiche von Coherent haben Kunden rund um den Globus; weitere Informationen über sie finden Sie auf der PitchBook-Plattform.

Thermisches Management

Wärmeerzeugung, -übertragung und -abfuhr sind wesentliche Bestandteile elektronischer Systeme. Jedes Gerät hat unterschiedliche Temperaturen, bei denen es optimal arbeitet; um die Leistung zu maximieren, ist es wichtig, dass sie optimale Leistungsniveaus erreichen.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist die Verwendung einer Wärmesperre aus Siliziumkarbid (SiC). SiC hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was bedeutet, dass sich seine Form während der Verarbeitung oder unter Stressbedingungen nicht drastisch ändert. Dadurch sind dünnere Wafer möglich, während die Leistung erhalten bleibt und gleichzeitig die Gesamtabmessungen und Kosten der Geräte sinken.

Eine wirksame Strategie für das Wärmemanagement ist der Einsatz von Festkörperkühlern wie thermoelektronischen Kühlern (TEC). Diese passiven Kühlgeräte - ohne bewegliche Teile oder Steuerungen - sorgen für stabile Temperaturen über lange Zeiträume und erreichen Betriebstemperaturen weit unter der Raumtemperatur.

Mit reaktionsgebundenen Si/SiC-Materialien (RBSiC) können Energieeinsparungen für Verbraucher- und Industrieanwendungen erzielt werden. Ein solcher TEC verwendet RBSiC-Material, das die Größe der Grundplatte um 50 Prozent reduziert und gleichzeitig eine viermal höhere Wärmekapazität als Kupfer-TECs bietet. Die Chromdefektstruktur von RBSiC führt zu nicht entarteten Orbitaldoubletten, die sowohl kurze T1-Kohärenzzeiten (Spin T1) als auch lange Spin-T2-Kohärenzzeiten aufweisen und somit optimale optische und magnetische Kohärenzfähigkeiten bieten.