Компания Infineon объявила, что произвела первые образцы кремниевых 300 мм пластин толщиной 20 микрон (вместо типовых 40–60 микрон). Эта технология будет использоваться для производства силовых транзисторов, используемых, например, для питания серверов.

Чем это сложно?
Во-первых, пластина такой толщины очень хрупкая, и прост оперировать с ней, не сломав, очень сложно. Во-вторых, для работы с такой толщиной критически важно, чтобы пластина не погнулась во время температурной обработки. В-третьих, необходимая для такой конструкции точность планаризации с обеих сторон (при травлении/направлении и при шлифовке) существенно выше, чем обычно.

Почему это важно?
Большинство кремниевых силовых транзисторов имеет вертикальную структуру, в которой контакт к стоку размещен с обратной стороны пластины. В ней толща пластины образует стоящий последовательно с транзистором балластный резистор, позволяющий ограничить величину электрического поля и работать с высоким напряжением. Сопротивление этого резистора в современных силовых приборах может составлять существенно больше 90% от полного сопротивления открытого состояния, а зависит оно, разумеется, от толщины пластины и площади транзистора. Допустимое без пробоя падение напряжения для кремния составляет примерно 30 В на микрон, для SiC и GaN — около 300 В на микрон. Именно за счет большей допустимой величины поля транзисторы из SiC и GaN могут иметь существенно меньшее сопротивление открытого состояния, чем кремниевые. Однако для работы с небольшими напряжениями даже для кремния нужно всего 2–3 микрона, то есть любая разумная толщина пластины избыточна. Уменьшая толщину пластины, можно или уменьшить сопротивление транзистора (то есть уменьшить потери при переключении), или пропорционально уменьшить площадь чипа и его стоимость с сохранением тех же электрических параметров.

Кроме этого, от более тонких транзисторов легче отводить тепло, что тоже очень важно, особенно для приборов, работающих с большими токами. Лучший отвод тепла позволяет отодвинуть порог эффекта Спирито (катастрофического саморазогрева из-за отрицательного температурного коэффициента) и разместить элементы на кристалле более плотно, улучшив сопротивление.

Infineon сообщает, что им удалось уменьшить сопротивление транзистора на 40%, а самым интересным в этой новости мне кажется то, что оптимизация микроэлектронной технологии может происходить в самых неожиданных и, казалось бы, тривиальных местах. Всегда полезно посмотреть на то, чем вы занимаетесь, со стороны и немного заняться тем, что называется по-английски “thinking outside of the box”.