Pilotlina 4: Tre universitet, tre material med brett bandgap

Galliumnitrid, galliumoxid och aluminiumnitrid blir fokus för Lund, Chalmers och Linköping inom EU:s fjärde pilotlina. Materialen har större bandgap än kiselkarbid men är inte lika mogna.

– Vi tre har arbetat tillsammans länge i Vinnovas kompetenscenter C3NiT. Det är därför vi fick inbjudan att vara med. Samarbetet är unikt eftersom det täcker allt från material till system, säger Vanya Darakchieva som är professor i Lund och föreståndare för C3NiT.*

Tilläggas kan att Lund officiellt är ansvarigt för WP6, hela den svenska delen av EU:s fjärde pilotlina inom forskningsprogrammet Chip JU vilket även inkluderar KTH:s del som fokuserar på kiselkarbid.

– Vi tre kommer att vara ansvariga för epitaxi på galliumnitrid, galliumoxid och aluminiumnitrid men också för att tillverka vissa komponenter.

Det handlar om både laterala- och vertikala transistorer liksom bipolära transistorer för krafttillämpningar inom rf-området, typiskt radar och basstationer, men också för fordon och andra produkter med höga effekter.

I arbetet ingår också karakterisering av komponenterna, liksom tillförlitlighetstester.

Själva substraten för galliumnitrid kan komma från de två polska deltagarna som växer, sågar upp och polerar dessa, medan tyska Fraunhofer gör motsvarande för substrat av aluminiumoxid.

Därefter kan Lund skapa epitaxiella skikt på ytan, anpassade efter vilken typ av komponent som ska tillverkas.

Genom att utgå från tillverkningsteknik och kunskaper som byggts upp inom C3NiT kan de första komponenterna vara klara redan före årsskiftet. Det handlar om HEMT-transistorer till effektförstärkare på millimetervågsområdet. Även skivor med olika typer av galliumnitridepitaxi går snabbt att få fram.

Andra saker, som epitaxi och komponenter på galliumoxid och aluminiumnitrid, ligger betydligt längre fram i tiden.

Om allt går som planerat blir den svenska budgeten på 27 miljoner euro varav hälften kommer från EU. Ungefär två tredjedelar landar i Lund, Göteborg och Linköping.

Större delen av pengarna kommer att användas för driftskostnader, för att utveckla processerna och för att arbeta med industrin.

– Lund är i en väldigt bra position eftersom vi under en längre tid fått mycket pengar till utrustning för material med breda bandgap, säger Vanya Darakchieva.

Två bidragsgivare hon nämner är Olle Engkvists stiftelse och Wallenbergstiftelsen.

En mindre del kommer dock att gå till att uppgradera renrummet i Lund med maskiner som är dedicerade för pilotlinan. Det gäller bland annat en laserritare och en probstation för högre effekter.

Vidare behövs en ny MOCVD-maskin för att göra epitaxi på fyrtums galliumoxidskivor.

– Det finns inget motsvarande i hela världen.

Galliumoxid är ett nytt material med liknande egenskaper som kiselkarbid men med potential att vara billigare. Det finns en stor aktivitet i Japan och USA men Europa ligger långt efter.

– Vi hoppas kunna ta igen gapet.

Idag är de största skivorna på två tum, så Lund kommer att bli först med fyra tum.

Materialet kan ge kraftkomponenter både för rf-tillämpningar och till fordonsindustrin eftersom det tål mycket höga spänningar.

Även Chalmers ska göra mindre kompletteringar av processutrustningen.

Ytterligare ett område inom ramen för den svenska pilotlinan är semiisolerade kiselkarbidsubstrat för rf-tillämpningar. Den delen landar i Linköping.

Idag går det bara att köpa från Kina och USA vilket är ett stort problem för bland annat det tyska foundryt UMS (United Monolithic Semiconductors) som har militärkunder.

– Vi skulle ha kunnat göra mycket mer men vi är begränsade av den nationella finansieringen. Därför har vi fått kompromissa. Men förhoppningsvis kan vi hitta mer finansiering framöver och utöka aktiviteterna, säger Vanya Darakchieva.