fr.wedoany.com Rapport : Récemment, l'équipe de recherche sur les semi-conducteurs de quatrième génération du laboratoire de Pinghu à Shenzhen, en Chine, ainsi que l'équipe du département d'ingénierie des nouvelles technologies, ont annoncé une bonne nouvelle : des progrès significatifs ont été réalisés à la fois dans la planarisation de surface de l'oxyde de gallium et dans le procédé de contact ohmique sans or. En utilisant des couches épitaxiées d'oxyde de gallium déposées par dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD), l'équipe a atteint une résistivité de contact spécifique de 8E-7 Ω cm² grâce à un procédé sans or, tout en développant simultanément un nouveau procédé de planarisation de surface pour les couches épitaxiées d'oxyde de gallium, réduisant la rugosité quadratique moyenne (RMS) de la surface à 0,107 nm. Ces deux indicateurs clés ont atteint les meilleurs niveaux de l'industrie, apportant un soutien crucial supplémentaire à l'autonomie et à l'industrialisation des semi-conducteurs de quatrième génération en Chine.

L'oxyde de gallium est un matériau semi-conducteur à très large bande interdite, actuellement au cœur des efforts de recherche mondiaux. Il présente des avantages exceptionnels tels qu'une résistance à haute tension, une résistance à haute température et une capacité de puissance élevée, ce qui en fait un choix idéal pour les dispositifs électroniques de puissance de nouvelle génération. Cependant, deux goulets d'étranglement techniques majeurs ont longtemps entravé la production en série des dispositifs à base d'oxyde de gallium : premièrement, les contacts d'électrode dépendent de l'or, un métal précieux, ce qui entraîne des coûts élevés et une faible stabilité thermique ; deuxièmement, la surface rugueuse des couches épitaxiées est sujette à des défauts et à une concentration du champ électrique, affectant la fiabilité des dispositifs. Cette fois-ci, l'équipe de recherche du laboratoire de Pinghu à Shenzhen a résolu ces deux défis majeurs de l'industrie en une seule fois.

Procédé de contact ohmique sans or : des électrodes sans or, une réduction des coûts de 90 % et une stabilité accrue

L'ingénierie des contacts ohmiques pour l'oxyde de gallium a longtemps dépendu de systèmes à base d'or (Au). Le contact ohmique sans or (Au-free) est une technologie clé pour parvenir à l'industrialisation et à l'autonomie industrielle. Bien que les contacts traditionnels à base d'or puissent réduire la résistance de contact dans une certaine mesure, ils présentent des goulets d'étranglement critiques tels que la diffusion à haute température, une faible stabilité thermique, des coûts élevés et une incompatibilité de procédé, ce qui limite directement les performances des dispositifs et la faisabilité de la production en série.

En utilisant un empilement multicouche de métaux non précieux et une ingénierie d'interface pour réaliser le contact ohmique, l'équipe a réussi à atteindre une résistivité de contact spécifique exceptionnelle de 8E-7 Ω cm² (inférieure à 1E-6 Ω·cm² pour un procédé à base d'or de spécifications équivalentes). Par rapport au procédé traditionnel à base d'or, la nouvelle solution contourne non seulement les goulets d'étranglement et les points faibles du procédé, mais réduit également le coût des matériaux d'électrode de plus de 90 %.

Procédé de planarisation de surface de l'oxyde de gallium : transformer un « papier de verre rugueux » en un « miroir atomique »

La rugosité de surface est un paramètre important pour évaluer la qualité des substrats monocristallins d'oxyde de gallium et de l'épitaxie homogène. En raison de l'effet d'héritage morphologique significatif lors de la croissance épitaxiale de l'oxyde de gallium, les irrégularités de la surface du substrat sont directement transférées à la couche épitaxiée, amplifiant davantage les défauts de surface. Une surface rugueuse génère un grand nombre de liaisons pendantes et de défauts d'interface, entraînant une augmentation de la densité d'états d'interface. De plus, les micro-reliefs de surface peuvent provoquer une concentration locale du champ électrique, induisant une rupture prématurée du dispositif. Pour relever ce défi, l'équipe de recherche a développé un nouveau procédé de planarisation de surface, réduisant la rugosité quadratique moyenne (RMS) de la surface des couches épitaxiées à 0,107 nm, soit une amélioration de plus de 6 fois par rapport à la rugosité initiale, atteignant un niveau de planéité atomique et améliorant considérablement la stabilité et la tenue en tension des dispositifs.

Ces deux avancées dans les procédés clés ouvrent directement la voie critique de l'oxyde de gallium, du matériau au dispositif, améliorant considérablement les performances et la fiabilité des dispositifs. Elles jettent des bases solides pour son application à grande échelle dans les domaines de l'électronique de puissance haute puissance tels que les nouvelles énergies, les transports ferroviaires urbains et les réseaux électriques intelligents, et renforcent davantage l'avantage d'innovation autonome de la Chine dans le domaine des semi-conducteurs à très large bande interdite. À l'avenir, avec l'itération continue du procédé sans or et de la technologie de surface ultra-plane, l'oxyde de gallium se rapprochera de la commercialisation à grande échelle, et devrait entrer plus rapidement dans les applications industrielles et civiles, propulsant l'industrie chinoise des semi-conducteurs de quatrième génération vers une position de leader mondial.

Il est à noter que le laboratoire de Pinghu à Shenzhen annonce fréquemment de bonnes nouvelles. La plateforme de test intermédiaire pour les semi-conducteurs de puissance composés, co-construite par le laboratoire et la société Shenzhen Pengjin High Technology Co., Ltd., a déjà été approuvée comme plateforme de test intermédiaire pour les semi-conducteurs et circuits intégrés (semi-conducteurs de puissance composés) de la province du Guangdong. Cette année, elle a également obtenu successivement la base de test à petite et moyenne échelle pour les semi-conducteurs de puissance composés de Shenzhen et la plateforme de test intermédiaire clé soutenue par le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, deux reconnaissances majeures, réalisant une mise à niveau progressive du soutien municipal, à la disposition provinciale, puis à la reconnaissance nationale.

Le laboratoire de Pinghu à Shenzhen est la plateforme intégrée de Shenzhen du Centre national d'innovation technologique pour les semi-conducteurs de troisième génération, ainsi que la plateforme de test intermédiaire pour les semi-conducteurs et circuits intégrés (semi-conducteurs de puissance composés) de la province du Guangdong. Il a été créé par le Bureau municipal des sciences, technologies et innovation de Shenzhen. Il mène des recherches fondamentales sur les technologies clés dans les domaines du SiC, du GaN et des matériaux et dispositifs électroniques de puissance avancés de nouvelle génération, des équipements et composants clés, ainsi que des services de validation des matériaux associés.

Un parc moderne entièrement fonctionnel a été construit, situé dans le parc technologique de Luoshan, district de Longgang, Shenzhen, couvrant une superficie de 130 mu. Il dispose d'infrastructures de recherche et de production de pointe pour les semi-conducteurs de puissance à large bande interdite, avec plus de 380 ensembles d'équipements avancés nationaux et internationaux de divers types, et une surface de salle blanche de classe 100 de 9 500 mètres carrés.

Le laboratoire rassemble les meilleurs talents de recherche et ingénieurs expérimentés de l'industrie, tant au niveau national qu'international, pour créer un centre de recherche scientifique, un centre de test intermédiaire et un centre d'analyse et de test ouverts, publics et partagés à l'échelle nationale. Il s'engage à résoudre les problèmes communs et les technologies clés de la chaîne industrielle des semi-conducteurs de troisième génération, à stimuler continuellement l'innovation, à ouvrir la chaîne industrielle des semi-conducteurs de troisième génération, à produire des résultats de recherche de classe mondiale dans le domaine des semi-conducteurs de nouvelle génération, à former des talents de classe mondiale et à construire un écosystème avec des partenaires pour créer ensemble un avenir durable.

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