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La collaborazione si propone di sviluppare e industrializzare architetture avanzate di diodi e transistor di potenza GaN-on-Si. La tecnologia di processo, che usufruisce dei risultati del programma IRT Nanoelec, sarà trasferita dalla linea R&S a 200 mm di Leti a una linea pilota di silicio da 200 mm di ST che diventerà operativa entro il 2020.
STMicroelectronics e Leti, istituto di ricerca di CEA Tech, hanno annunciato una collaborazione finalizzata a industrializzare tecnologie GaN-on-Silicon (nitruro di gallio su silicio) per dispositivi di commutazione di potenza. Questa tecnologia di potenza GaN-on-Si permetterà a ST di supportare applicazioni ad alta efficienza e ad alta potenza quali caricatori a bordo auto per veicoli ibridi ed elettrici, soluzioni di ricarica wireless e server.
La collaborazione verte principalmente sullo sviluppo e la qualificazione di architetture di potenza avanzate di diodi e transistor GaN-on-Silicon su wafer di silicio da 200 mm, un mercato per il quale la società di ricerca IHS Markit prevede una crescita con un CAGR di oltre il 20% tra il 2019 e il 2024. Nell’ambito dell’IRT Nanoelec, ST e Leti stanno sviluppando congiuntamente la tecnologia di processo sulla linea R&S a 200 mm di Leti e prevedono di avere campioni di progettazione validati nel 2019. Parallelamente ST allestirà una linea di produzione pienamente qualificata, inclusa l’etero-epitassia GaN/Si, con cui avviare la produzione presso l’impianto di front-end di Tours (Francia) entro il 2020.
Inoltre, considerando l’attrattività della tecnologia GaN-on-Si per le applicazioni di potenza, Leti e ST stanno valutando tecniche avanzate per migliorare il package dei dispositivi ai fini dell’assemblaggio di moduli di potenza ad alta densità.
“Riconoscendo l’incredibile valore dei semiconduttori a bandgap ampio, i contributi di ST allo sviluppo di tecnologie di produzione e packaging per soluzioni di potenza GaN-on-Si insieme al CEA-Leti creerà le condizioni per realizzare il portafoglio più completo di prodotti e capacità GaN e SiC oggi disponibile, che andrà ad aggiungersi alla nostra competenza comprovata nella fabbricazione di prodotti affidabili e di alta qualità in grandi volumi,” ha dichiarato Marco Monti, Presidente dell’Automotive and Discrete Group di STMicroelectronics.
“L’equipe del Leti è impegnata a tempo pieno nel supporto alla roadmap strategica di ST per l’elettronica di potenza GaN-on-Si sfruttando la sua attuale piattaforma generica a 200 mm, ed è pronto a trasferire la tecnologia alla linea di produzione dedicata al GaN-on-Si allestita presso lo stabilimento ST di Tours. Questa iniziativa di sviluppo congiunta, a cui partecipano team di entrambe le organizzazioni, si avvale delle risorse dell’IRT Nanoelec per ampliare le competenze richieste e introdurre sin dall’inizio elementi di innovazione a livello di dispositivi e di sistema,” ha detto Emmanuel Sabonnadiere, CEO del Leti.
I dispositivi GaN supportano intrinsecamente applicazioni con valori di tensione, frequenze e temperatura molto più elevati rispetto al silicio e ad altri materiali semiconduttori tradizionali. ST sta inoltre lavorando ad altre due tecnologie a bandgap ampio: il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio RF (GaN).
Per quanto riguarda il GaN, oltre all’iniziativa con il CEA-Leti, ST ha recentemente annunciato un altro progetto di sviluppo relativo a prodotti GaN-on-Silicon per applicazioni RF in collaborazione con MACOM, prodotti che saranno utilizzati da MACOM in una vasta gamma di applicazioni RF e da ST in mercati diversi dalle telecomunicazioni. Le due iniziative, nonostante possano essere facilmente confuse perché entrambe basate sul GaN, adottano approcci strutturalmente differenti che comportano vantaggi applicativi differenti. Nello specifico, la tecnologia GaN-on-Si per applicazioni di potenza può essere prodotta su wafer di silicio da 200 mm, mentre la tecnologia GaN-on-Silicon per applicazioni RF è più adatta – almeno per ora – alla produzione su wafer di silicio da 150 mm. In entrambi i casi, grazie alle basse perdite di commutazione, le tecnologie GaN rappresentano un approccio ideale per le applicazioni a frequenze più elevate.
I dispositivi SiC, viceversa, funzionano a tensioni superiori con una tensione di blocco superiore a 1700V, una tensione in avalanche di oltre 1800V e una bassa resistenza in conduzione, caratteristiche che li rendono soluzioni ideali in termini di efficienza energetica e di prestazioni termiche. Grazie a queste caratteristiche, i prodotti SiC rappresentano una scelta eccellente in applicazioni quali i veicoli elettrici, gli inverter solari e le macchine per saldature.
