首批Bizen量子隧穿晶体管诞生
一家英国初创公司将使用名为 Bizen 的新型硅架构交付其首批 1200V 功率器件,该架构适用于 TO247 或 TO263 封装。
首批使用 Bizen 工艺技术的器件包括三个额定电压分别为 1200V / 75A,900V / 75A 和 650V / 32A 的器件,采用行业标准的 TO247 或 TO263 功率 MOSFET 封装。这些是在常规的较大几何尺寸的硅生产线上使用标准硅衬底制成的。测试 Bizen 技术的初始中试线是在苏格兰的 Semefab 建立的。
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Bizen是由位于英国诺丁汉的初创公司Search For The Next(SFN)开发的新型晶体管体系结构,其使用了量子隧穿而不是绝缘栅。这种结构由双极和齐纳二极管组合而成,它允许在标准 CMOS 工艺中仅在 8 层中产生逻辑,而对于传统 CMOS 晶体管设计,则需要 20 到 30 层。
Semefab 在苏格兰 Glenrothes 生产的 1μm 制程工艺的 Bizen 测试芯片将传统 CMOS 晶体管设计的交货时间从 15 周缩短到了 3 周,并且芯片面积是同一工艺下同类 CMOS 器件的三分之一。
“要从传统的基于硅的 MOSFET 获得这种性能水平,器件尺寸必须更大。使用碳化硅(SiC)之类的宽带隙材料可以在 TO247 外壳中达到 1200V / 75A,但是这种方法还有其他众所周知的问题,总部位于诺丁汉的 Search for The Next(SFN)的首席执行官兼创始人 David Summerland 说,该公司开发了 Bizen 技术。它用于子公司 Wafertrain 的零件,称为量子结晶体管(QJT)。
“例如,SiC 需要更长的处理时间,并且具有很大的制造碳足迹。而且,无论路线图如何,SiC 都无法像硅一样进行扩展,并且经济上认为 SiC 可以匹配硅的论点没有考虑到所取得的进步。相比之下,我们从物理晶圆测试中获得的数据证明,通过在硅基板上使用 Bizen,我们的 QJT 可以提供与 SiC 或 GaN 相同的性能,但制造 QJT 所需的生产设备与对于标准的硅 MOSFET,Bizen 工艺不会增加制造复杂性。”
Bizen 将量子调谐应用于传统的双极晶圆工艺。结果是具有传统双极硅技术的传统坚固耐用的器件。Bizen 还可以将 CMOS 器件(尽管不是 SiC MOSFET)的交货时间从 15 周减少到不到两周,并且将处理层数减少了一半。QJT 使用相同的八层双极工艺。
Bizen 是一种新颖的晶体管结构,本质上是一种 PNP 器件,其基极通过量子隧道结驱动,并且包括第二个隧道结内部的自偏置晶体管。目前,这种结构是基于硅的,但是能够迁移到 GaN 和其他化合物半导体。
量子隧穿技术并不是什么新鲜事物,它已被广泛应用于 NOR 闪存芯片中。但是,在过去的两年中,借助 Bizen 该技术已应用于逻辑器件,并已由 Semefab 进行生产、验证。
通过仔细建模,可以将传统的横向和纵向双极结构集成在一起,以整合成 Bizen,而不会造成额外的工艺复杂性,可见它的确具有颠覆该行业的潜质。
尽管 CMOS 容易发生闩锁和 ESD,但是否有缺陷对 CMOS 来说并不是什么大问题,而且 CMOS 的低功耗特性,已经通过了时间的考验,并且普遍可靠。
但是 CMOS 比较复杂,并且与功率集成时更是如此,复杂性意味着更长的交货时间和更高的成本,而 Bizen 恰好能够解决这些问题。
晶圆测试还显示,Bizen 工艺的有效电流增益超过 100 万,萨默兰德说。这将实现 1200V / 75A QJT 功率晶体管与低电压,低电流 CPU 输出端口(例如用于单片设计的 PWM)之间的直接连接。
“ QJT 是 Bizen 系列产品路线图上的第一款电源器件。这将很快导致 PJT(处理器结型晶体管)集成到 Bizen 器件中,该器件具有自己的处理器,该器件还可以在八天的生产周期内生产,这预示着智能功率器件的新时代。”
SFN 还发布了针对 1200V / 100A 器件的其他比较性能指标(也在 TO247 中),这也是其短期路线图。额定电流下的损耗将是 SiC 器件的四分之一(<300mV),其输入电容也将减小四到五倍(<1pF)。
7 月,Semefab 还开始在 SiC 工艺上制造 1200V 肖特基二极管,并正在计划 1700V 器件。