– När vi pratades vid för ett år sedan hade vi färdigutvecklat fästlagret på åttatumsskivor och sedan dess har vi dunkat igenom flera tekniska leveranser, säger företagets grundare Martin Olsson.

Epinovatech jobbar med under­leverantörer i flera led för att utveckla tekniken som döpts till NovaGaN.

– Vi har tidigt krattat för att nå åtta tum, som finns i planen för 2023, genom att göra en konventionell GaN-på-kisel på åttatum. Nu tar vi fästlagret vidare i en fyratums processlina för att utveckla färdigt processen för nanopelarna innan vi skalar till en åttatums prototyp under det här året.

Det finns i princip tre olika metoder att framställa GaN-wafers men billigast är att utgå från samma typ av kiselskivor (wafers) som används för CMOS-kretsar och belägga dem med ett tunt lager av gallium­nitrid (GaN).

Eftersom kisel och gallium­nitrid har olika gitterkonstanter passar de inte ihop på atomnivå. Det uppstår defekter, så kallade dislokationer, vilket försämrar prestanda och ­energieffektivitet. Ytterligare ett problem är att kisel krymper mer än GaN när skivorna kyls ned under tillverkningen av komponenterna i renrummet. Risken är då att GaN-skiktet spricker eller att diskarna blir spröda och går sönder, vilket i sin tur leder till dyra produktionsstopp. Idag är därför GaN på kiselkarbid eller safir vanligast även om det också finns kiselbaserade processer.

Epinovatechs lösning är att limma ett fästlager av nano­pelare i alminiumnitrid mellan kislet och galliumnitriden. Dels hanterar det de mekaniska spänningarna och dels fungerar det som ett filter genom att håva in defekterna till de första hundratals nanometrarna av GaN-lagret. Själva pelarna är i nanoskala och tillverkas genom fräsning med ett plasma.

Det första GaN-lagret ovanpå nanopelarna är tunt men därefter följer ett betydligt tjockare lager som fungerar som en buffert. Det behövs om man ska göra laterala kraftkomponenter med hög genombrottsspänning och därmed också höga effekter.

I det tjocka lagret hanteras problemet med att GaN-processningen får wafern att böja sig, så kallad strain engineering.

I topplager tillverkas sedan tunna epitaxiella skikt som transistorerna använder. Där finns också den tvådimensionella elektrongasen som är en förutsättning för att mobiliteten ska bli så hög.

– Det vi siktar på är att få samma mobilitet som med GaN-HEMT:ar på kiselkarbid.

Mobiliteten går att översätta i RDSon där ett lågt värde ger mindre förluster vilket i en elbil resulterar i längre körsträcka.

Även om bolaget kommer från Lund där nanoteknik är en av högskolans paradgrenar är Epinovatech inte ett avknoppat forskningsresultat.

– Jag har drivit det som ett projekt i många år innan bolagiseringen 2019, säger Martin Olsson.

Företagets GaN-wafers går att använda till annat än transistorer genom att modifiera ­topplagret. Tänkbara tillämpningar är lysdioder och produktion av grön vätgas genom vattenelektrolys. Dagens anod som har en ytbeläggning av iridiumoxid kan ersättas med NovaGaN-materialet medan katoden byts ut mot nickel.

Företaget har redan åtta beviljade patent för grundtekniken men också för 5G-tillämpningar och för produktion av vätgas.

– Sen har vi också kalibrerat en lateral chiparkitektur anpassad för att göra benchmarking av hög genombrottsspänning. Det finns tradeoffs mellan RDSon och tröskelspänning så vi har i synnerhet riktat in arkitekturen för att mäta hög genombrottsspänning med vårt eget material.

För GaN på kisel ligger den på ungefär 650 V idag. Där är ambitionen att nå en bit över 800 V och därmed bli intressant för batterisidan och elbilar.

– Det vi gjort färdigt i chipväg är en första rf-transistor och ett kraftchip.

Dessa är tillverkade hos ett foundry med en kommersiellt tillgänglig process för GaN på safir, inte GaN på kisel som Epinovatech utvecklar.

– Den lilla transistorn skulle man idag kunna använda till en lågbrusförstärkare under 1 GHz men kraftchippet ska göras i en första 6A-version innan det har någon högre prestanda för krafttillämpningar.

Parallellt har företaget utvärderat olika underleverantörer för att få till en komplett tillverkningskedja från chipproduktion till kapsling och test. Det senare har gjorts med det Syddanska Universitetet i Odense som har ett center för industriell elektronik.

– Vi jobbar både med en professor i TCAD-simuleringar och har även låtit en professor tolka Jdec-standarden för GaN-chip så vi vet vilka tester vi ska göra. Det handlar både om statiska och dynamiska tester där de senare innebär accelererade livslängdsmätningar.

– Idag finns det mätningar från konkurrerande chiptillverkare som tyder på livslängder på cirka 20 år, säger Martin Olsson.

Som första kapsling har företaget valt en PQFN, samma kapsel som kanadensiska GaN Systems använder för sina enklare modeller. För framtida rf-komponenter kan det bli aktuellt med så kallad WLP-kapsling där hela wafern får ett skyddande ”lock” innan den delas upp i individuella komponenter.

För rf-komponenter med högre effekter krävs dock bättre och därmed dyrare keramiska kapslar.

– Parallellt har vi låtit göra en referenskonstruktion, en halv halvbrygga som är färdig.

Den visade företaget upp på Electronicamässan i München i höstas. Den baseras på en transistor från GaN Systems men planen är att modifiera den för företagets kommande transistor som är normally-off.

Tanken är också att ta fram modulära omvandlare på cirka 10 kW som kan parallellkopplas för att öka effekten uppåt 100 kW.

De skulle därmed kunna användas som laddare till elfordon.

Den andra varianten av transistorn är anpassad för rf-tillämpningar. För att komma igång med MMIC för 5G behöver dock NovaGaN produktiferas för de frekvensband som används för 5G.

– GaN-HEMT:ar har i sig snabbt tillslag för att göra höga frekvenser, men själva frånslaget behöver göras snabbare. Där ska vi anpassa för 5G upp till 56 GHz, säger Martin Olsson.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Hittills har företaget fått in 38 miljoner kronor men planen är att fylla på kassan ytterligare genom att ta in cirka 30 miljoner före sommaren. Pengarna ska ta bolaget till åttatumsprototypen och betala för processningen hos olika partners, men också för att rekrytera till kärnteamet.