Catena di distribuzione europea per l’elettronica spaziale ad alta potenza
I dispositivi di alimentazione a microonde basati sul GaN si sono affermati come la tecnologia preferita per operare in modo affidabile nell’ostile ambiente spaziale. Il SiC semi-isolante è il substrato più adatto per questi dispositivi, che sono difficili da realizzare con altri materiali semiconduttori. A causa della mancanza di una capacità industriale di intraprendere la produzione di substrati SiC, a oggi l’Agenzia spaziale europea (ESA) dipende dagli Stati Uniti per la fornitura di componenti e sistemi basati sul GaN. L’UE ha finanziato il progetto della durata di tre anni EUSIC (High quality European GaN-wafer on SiC substrates for space applications) allo scopo di creare una catena di distribuzione esclusivamente europea per la tecnologia GaN. Come parte di questo progetto, i ricercatori hanno sviluppato dei processi per la produzione di substrati SiC semi-isolanti da 3 pollici di alta qualità superiori a quelli importati da fonti non europee. EUSIC ha riunito tutte le differenti parti della catena di distribuzione, ossia un fabbricante del substrato, aziende che si occupano della crescita epitassiale e una fonderia per il circuito integrato monolitico a microonde. Il carattere collaborativo del progetto ha accelerato le attività di sviluppo, includendo crescita dei cristalli, lavorazione a wafer, crescita epitassiale e l’integrazione dei componenti del transistor. Un transistor a elevata mobilità degli elettroni è stato infine assemblato mediante deposizione chimica da vapore di composti metallorganici su substrati SiC semi-isolanti cresciuti in Europa. La struttura era formata da un cuscinetto isolante e uno strato barriera spesso 22 nm con nominalmente il 18 % di alluminio e l’82 % di gallio, e una copertura spessa 3 nm di GaN. Numerosi test sulle proprietà elettriche, morfologiche e strutturali hanno confermato la qualità molto elevata dei substrati SiC semi-isolanti da 3 pollici in confronto ai substrati SiC da 3 pollici di riferimento. Si è scoperto che anche i parametri della potenza in uscita dal transistor dei dispositivi su substrati SiC sono superiori a quelli prodotti su substrati commerciali di riferimento. Ci si aspetta che la nuova catena di distribuzione per circuiti integrati costruiti usando il GaN su substrati SiC inneschi l’innovazione nei sistemi fabbricati in Europa per i satelliti da comunicazioni e telerilevamento. Di conseguenza il lavoro di EUSIC migliorerà la posizione competitiva dell’Europa nel campo della ricerca e dell’innovazione.
Parole chiave
Nitruro di gallio, applicazioni spaziali, substrati SiC, transistor, EUSIC, semi-isolante
