JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Halvledartillverkaren Swegan i Linköping fick i somras ett stort kapitaltillskott och nu börjar uppbyggnaden av en halvledarfabrik. Produktionen som hittills hållit tämligen låga volymer ska upp i storproduktion.

– Vi kommer att bli en av få producenter i världen av hög­kvalitativa galliumnitrid-på-kiselkarbidskivor, marknaden ser lovande ut säger Jonas Nilsson.

Han tog över som vd på ­Swegan för ett och ett halvt år ­sedan och har arbetat för att skifta företagets fokus från forskning till kommersiell produktion, att göra bolaget investeringsbart och ta in de välkända 125 miljonerna. I början av oktober avgick han som vd för att istället bli styrelseordförande.

Den process företaget utvecklat kallas QuanFINE och har ett galliumnitrid­lager som bara är en tiondel så tjockt som konkurrenterna. Dessutom har man lyckats eliminera ett mellanskikt (buffertlager) vilket ökar både högfrekvensprestanda, minskar mängden defekter och förbättrar kylegenskaperna och därmed verkningsgraden, där ­produkten så småningom kommer att hamna. En annan fördel med att göra lagret tunnare är att det går snabbare att tillverka, till en lägre kostnad.

Kunderna är främst företag inom mikrovågsvärlden, som vill tillverka mikrovågskretsar (MMIC) och transistorer för fasstyrd radar, satellitsystem och basstationer. Eller varför inte fasstyrda Starlinkantenner? Alla dessa är tillämpningar där man kräver hög pulseffekt och goda kylegenskaper för att kunna optimera konstruktionerna.

Swegan är redan en av de främsta tillverkarna i Europa och visionen är att bli den dominerande tillverkaren.

125 miljoner in
Företaget förbereder nu bygget av en ­produktionsanläggning i anslutning till kontoret, ett stenkast ifrån Linköpings universitet, som i förstone ska ge en kapacitet på 1000 skivor i månaden, vilket skulle ge en årsomsättning på 200 miljoner kronor. Fabriken beräknas stå klar inom ett år.

Skivorna kommer att ha diametrarna fyra och sex tum, där fyra tum är den typ som används mest, medan trenden är på väg mot sex tum, eftersom de har ungefär dubbla arean och därmed ger ungefär dubbla antalet slutliga kretsar per processteg.

Jonas Nilsson

– Vi har redan ett gott kundunderlag, men räknar med att det ska öka markant framöver, menar Jonas Nilsson.

De befintliga kunderna köper skivor för att köra i sina fabriker, för att utveckla sina egna processer och för att kunna erbjuda tillverkningstjänster och färdiga kretsar till de kunder som inte har egna fabriker. De färdiga transistorerna kan sedan säljas till företag som gör militär radar, radiobasstationer och satellittelefoner.

Swegans skivor kommer att få en framtid inom två områden: mikrovågskretsar för exempelvis radar och i kraftelektronik för omriktare i elfordon och kraftaggregat. Initialt fokus ligger emellertid på mikrovågstillämpningar, eftersom denna marknad är prestandadriven och inte så priskänslig, medan markanden för kraftomriktare för elbilar och solcellsanläggningar är mera prisdriven.

– I rf-förstärkare ger vårt material högre uteffekt och högre effektivitet vilket i sin tur minskar systemkostnaden genom mindre kylbehov.

Processen
Processen är inte särskilt komplicerad. Swegan köper kiselkarbidskivor och belägger dem med galliumnitrid i en reaktor man delvis utvecklat självt. Fyndigt nog kallas den för Gandalf.

Kiselkarbidskivorna kommer färdigpolerade från olika ställen, som Kina, Taiwan och USA. Tyvärr saknas en tillverkare i Europa. Visserligen finns före detta Norstels fabrik för sådant i Norrköping, men de tillverkar en annan typ av kiselkarbid och dessutom är de numera en del av ST Microelectronics och säljer inget på öppna markanden.

Beroende på vilken gatelängd kunderna vill ha i sina FET-transistorer anpassas materialet därefter. Vanliga gatelängder för högfrekvens är cirka 100 till 500 nanometer. Dagens kunder är visserligen intresserade av alla typer av material som tillverkas, men 250 nanometer är ganska vanligt.

Spänningståligheten är givetvis viktig i omvandlarkonstruktioner.

– Den är dubbelt så hög i vårt material som för gängse galliumnitrid, menar Jonas Nilsson.

För och emot
Är det bättre med traditionella vertikala kiselkarbidtransistorer eller med de laterala man kan göra av Swegans material? Det beror på vem man frågar. Ska man göra mikrovågskretsar (MMIC) är det lateralt som gäller, eftersom man vill ha flera komponenter bredvid varandra på samma krets, såväl som kapacitanser och induktanser.

Belackare menar att transis­torer som slås av vid negativ gatespänning, (och är normalt påslagna vid ingen gatespänning), ger låg robusthet inom kraftelektroniken. Swegans transistorer är normalt i ledande tillstånd och stängs av med negativ gatespänning, men det är bara en metodfråga för elektronikkonstruktören.

Det handlar antingen om att slå på sina spänningskällor i rätt ordning, eller också kan man konstruera kaskodkopplade kretsar, alltså ha en mindre, lågspänd drivtransistor i serie med högspännings-högeffekts-transistorn. Drivtransistorn kan göras snabb och billig. Denna typ av koppling får väldigt höga prestanda.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

Det går dessutom trender i halvledare för radiofrekvens. Tidigare använde man LDMOS-transistorer (laterally-diffused metal-oxide semiconductor) i effektslutsteg, men numera har man lämnat det och går mot galliumnitrid. Vid låga effekter används fortfarande gallium­arsenid, men vid högre effekter vill man hellre ha galliumnitrid.

För kraftomvandlare ser man också en trend på markanden. Tidigare var det kiseltransistorer och IGBT:er som gällde, men idag är kiselkarbid standard i stora kraftomvandlare. Swegan vill emellertid tro att man fortsätter utvecklingen mot galliumnitrid. Den högre verkningsgraden ger i slutänden lägre systempriser. Det är en form av naturlig utveckling.

GaN på tre sätt

Det går att tillverka GaN-wafers av ren ­galliumnitrid, med tunna GaN-skikt på kiselkarbidskivor och GaN på kiselskivor.

Anledningen till att välja det tämligen dyra basmaterialet kiselkarbid är att det har goda värmeledningsegenskaper, vilket är viktigt när man skapar komponenter som avger hög effekt. Dessutom får man bättre högfrekvensegenskaper på kiselkarbidsubstrat än på kiselsubstrat. Måhända är materialet dyrt, men man tjänar ändå på att komponenterna drar mindre ström och kräver mindre kylning. Totalt sett blir det ändå en vinst för utrustningstillverkarna.

Söker man istället komponenter för laddare till datorer och mobiler är det istället galliumnitrid på kisel som gäller, den marknaden är mycket mera kostnadskänslig. Orsaken till bytet är att göra laddarna mindre och svalare jämfört med laddare baserade på kraftkomponenter i kisel.

 

MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus