iDeal Semi detalla su tecnología SuperQ...

Aug 10, 2023

“Introdujimos el concepto de SuperQ y ha sido interesante ver cómo reacciona el mercado al trabajar con silicio en lugar de con una banda prohibida amplia. Es muy probable que seamos la única startup de energía de silicio en los EE. UU.”, dijo Mark Granahan, director ejecutivo y fundador, a eeNews Europe Power.

“Ha habido una tremenda sorpresa. No es difícil no encontrar que el silicio está muerto en la retórica de la electrónica de potencia y todos asumieron que ese era el caso”, dijo Ryan Manack, vicepresidente de marketing de iDeal. “Pero las barreras de entrada para el WBG son altas con nuevos conceptos, cómo usar estos dispositivos, cómo manejarlos, por lo que poder montar un tejido de energía de silicio que se comprende bien y el costo y la capacidad de fabricación ha sido un buen mensaje. Muchas aplicaciones se han sorprendido de que podamos ofrecer este rendimiento en silicio”.

La tecnología SuperQ utiliza un cóctel de materiales dieléctricos, grabado y deposición de capas atómicas para mejorar el rendimiento de todo tipo de dispositivos de energía. Permite una resistencia específica (RSP) mucho más baja para una resistencia mucho más baja, lo que a su vez proporciona una mejora en el rendimiento de conmutación ya que el troquel es más pequeño.

"Creemos que SuperQ puede continuar brindando mejoras de rendimiento similares al cambio a dispositivos de superunión", dijo Granahan. “El espesor fundamental de la región de deriva establece el voltaje de ruptura y ese espesor aumenta la resistividad del dispositivo. Hoy en día, para las tecnologías de superunión, el 50% del área de conducción es material tipo n, lo que supone un límite fundamental de 13-15 V por micrón”, dijo Granahan.

“Nuestra tecnología proporciona un bloqueo de voltaje de 19 a 20 V/um, ya que fundamentalmente tomamos la región p y casi la eliminamos usando una capacidad de grabado y a través de un conjunto de materiales dieléctricos que nos permite proporcionar equilibrio de carga en un área muy pequeña. El área de conducción se ha ampliado enormemente por lo que tenemos más área y así se mejora el RSP. Esto proporciona un bloqueo de voltaje de 19 a 20 V/um, una mejora del 30 %, por lo que nuestra epitaxia es mucho más delgada. El área de conducción más grande y la mayor concentración de dopaje brindan una técnica de bloqueo de alto voltaje muy efectiva”.

El uso de herramientas de fabricación de chips más modernas también hace que el proceso sea más sencillo y económico de producir para las fundiciones.

"Nuestra tecnología ha sido adoptada de CMOS con algunas de las películas y materiales, por lo que estamos trabajando a nivel nanométrico en el mundo de la energía", dijo Granahan. "En lugar de un implante epi con más de 18 máscaras y tiempos de proceso prolongados, o excavar y rellenar con 14 máscaras, nuestro grabado y deposición de ALD tiene menos de 10 máscaras, por lo que nuestro costo de capital es bajo y el proceso es más corto".

“Hemos trabajado mucho en pruebas de confiabilidad para probar la tecnología y pasamos por todas las pruebas conocidas para un dispositivo de energía de silicio y, en esencia, la capacidad de la película para mantener la carga es muy importante, por lo que Hemos hecho confiabilidad en la propia película y luego en el dispositivo que muestra que el voltaje de ruptura y la corriente de fuga son estables en el tiempo.

“Nuestra estructura MOSFET es muy simple y elegante. El recuento de máscaras es de aproximadamente 10 a 11 y eso influye en la confiabilidad del dispositivo”.

“Cualquier dispositivo que necesite conducir corriente y bloquear voltaje puede usar diodos SuperQ so y MOSFET. Mientras analizamos el mercado, entre el 90 y el 95% del espacio cae por debajo de 850 V, por lo que realmente es un mercado enorme”, dijo Manack.

El proceso único se puede utilizar para MOSFET y diodos de 60 V a 850 V en lugar de tener que utilizar múltiples tecnologías para cubrir un amplio rango de voltaje.

"De 60 a 200 V, están los consumidores, los motores, las bicicletas eléctricas y todo el servidor y el espacio de IA que buscan entregar mucha energía y necesitan de 120 a 200 V", dijo.

"La estructura del dispositivo está optimizada para un cambio rápido", dijo Granahan. “A esa película le gusta acumular agujeros, por lo que en la transición de conmutación esos agujeros se mantienen en la superficie y, por lo tanto, la estructura de la puerta experimenta estructuras tanto laterales como de zanja. Es lo mejor de ambos mundos con excelentes características de CC y excelente conmutación. Podemos romper fácilmente el rango de 150 kHz, que es el rango superior de diseños de energía”.

La empresa está utilizando el proceso para construir sus propios MOSFET de 650 V a 800 V con socios de fundición.

"Somos un fabricante de dispositivos, por lo que venderemos productos a los clientes", dijo Granahan. "Polar [Semiconductor en EE. UU.] es uno de nuestros socios de fabricación y actúa como fundición para nosotros y hemos subcontratado el montaje y las pruebas en Asia".

“En última instancia, ampliaremos nuestra base de fabricación y esperamos poder admitir soluciones de mayor volumen y amplitud y ampliar la tecnología de los actuales 200 mm a 300 mm. Tenemos a Applied Materials como socio y hemos trabajado mucho con ellos en 300 mm para obtener ventajas de costos y beneficios de equipo, por lo que nuestro plan es que a medida que nos expandamos, lo hagamos a 300 mm, lo que requerirá otro socio de fundición.

“Tenemos la hoja de ruta para los próximos 20 años para mejorar la tecnología. La expectativa es que el silicio en este rango de voltaje sea líder en costo-rendimiento. La cadencia es que cada tres o cuatro años lanzaremos el nodo de próxima generación. Se necesitan 3 años para completar la cartera en un solo nodo y, mientras los equipos de diseño trabajan en eso, los equipos de tecnología trabajan en el siguiente nodo”.

“Se trata de ofrecer altos niveles de eficiencia de manera rentable. La mayoría de las empresas con las que colaboramos buscan aumentar la eficiencia. La alta frecuencia es ciertamente interesante.

El enfoque SuperQ se puede utilizar con GaN y SIC, así como con silicio.

"Nuestra perspectiva es que el SiC y el GaN son materiales de gran potencia, pero tienen muchos problemas fundamentales en cuanto a capacidad de fabricación que la industria aún tiene que resolver", dijo Granahan. “Los niveles de defectos aún afectan el nivel de costos que el mercado necesita para expandirse. Hay algunas aplicaciones, como las transmisiones de vehículos eléctricos, que parecen ser un buen lugar para ellos, ya que el costo no es un gran problema”.

"Los dispositivos verticales de GaN para mover la red a un mundo electrificado son interesantes y SuperQ es aplicable a esa estructura para mejorar la resistividad", dijo. “Por eso creemos que es una tecnología incipiente que se puede aplicar al silicio y a los dispositivos de SiC y GaN verticales y en BCDMOS con dispositivos laterales. Ser capaz de integrar potencia y control es un gran beneficio, pero a medida que llegas a 120 V y más, el dispositivo de alimentación termina siendo el 50% del troquel. Si puede reducirlo 10 veces, puede pasar de un troquel de 10 mm2 a un troquel de 5 mm2, por lo que poder reducir los dispositivos de potencia es un enorme beneficio económico. Esa es una discusión realmente interesante”.

“A largo plazo, creemos que SuperQ es muy aplicable a WBG, por lo que somos independientes de los materiales, de modo que una vez que el mundo del SiC supere los niveles de defectos fundamentales, podremos aplicar la tecnología allí. Mientras tanto creemos que tenemos un par de décadas de silicio”.

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