EpiGaN brengt Limburgse chipindustrie op gang

Op de oude Philips-terreinen in Hasselt kiemt een halfgeleiderindustrie. EpiGaN produceert er vanaf maart wafers voor vermogenshalfgeleiders. “Daarvoor moet je niet naar Azië”, zegt EpiGaN-CEO Marianne Germain.

Voor Stefan Degroote, Joff Derluyn en Marianne Germain is het een levenswerk. Tien jaar geleden startten ze bij het Leuvense imec onderzoek naar de mogelijkheid om het gebruik van galliumnitride (GaN) goedkoper te maken. GaN werd in de jaren negentig populair als basis voor leds, blauwe lasers of hoogfrequente zenders. In tegenstelling tot de klassieke halfgeleiders uit silicium blijft galliumnitride efficiënt werken bij hoge temperaturen. Dat maakt GaN geschikt voor toepassingen met hoge voltages, zoals stroomomvormers in elektriciteitsnetwerken, zonnepanelen of voedingen in laptops. “In een hybride auto zit een koelsysteem voor de motoren én een voor de elektronica. Zonder dat tweede koelsysteem zouden gewicht en verbruik merkelijk verminderen”, zegt Marianne Germain (40), chief executive officer van EpiGaN. Galliumnitride is een van de mogelijkheden om dat te helpen realiseren.

Aanzienlijk goedkoper

Het probleem is de prijs. GaN-chips worden geproduceerd op kleine en dure substraten (wafers) van siliciumcarbide of saffier. Siliciumcarbide is 30 tot 50 procent duurder dan silicium, de courante grondstof voor wafers. Saffier is zelfs vijf keer duurder. GaN zou aanzienlijk goedkoper zijn mocht het op de gewone en ook nog eens grotere wafers van silicium kunnen worden geproduceerd. Naar dat doel heeft de ploeg van EpiGaN de jongste tien jaar toegewerkt.

Technisch is het een uitdaging. GaN wordt op het siliciumsubstraat opgedampt in lagen van één atoom dik. “In de reactor verhitten we het siliciumsubstraat tot op zeer hoge temperatuur en sproeien dan de gassen met het GaN erbovenop, zoals in een douche”, legt Marianne Germain uit.

Het probleem is onder meer de thermische uitzettingscoëfficiënt van GaN. Die is meer dan dubbel zo hoog als die van silicium. “Als je het niet goed doet, heb je barsten, staan de wafers bol of breken ze zelfs”, zegt technisch directeur Joff Derluyn (37). In oudere literatuur wordt de hoge kans op defecten sterk benadrukt. Die horde heeft EpiGaN dus genomen. Germain haalt er de foto’s van de elektronenmicroscoop bij. “Onze standaardafwijking is minder dan 1 procent. Uniform over de hele wafer”, glundert ze.

In een verweerde opslagloods van Philips op het Research Park in Hasselt is een hagelwitte clean room gebouwd. De eerste reactor van de Duitse marktleider Aixtron staat er te schitteren. Over twee maanden komt er een tweede die meerdere wafers tegelijk kan fabriceren. “Daarna breiden we nog verder uit”, onderstreept Derluyn. EpiGaN heeft al opties op gebouwen in de buurt.

Consortium

De catalogusprijs van de twee reactoren samen komt in de buurt van het kapitaal van EpiGaN, maar daarover hoor je Germain niet klagen. “Precies daarom denken we hiermee in Europa een kans te hebben. Dit is een kapitaalintensieve activiteit. De loonkosten zijn niet doorslaggevend.”

Het drietal begon in mei 2010 aan het avontuur – elk via zijn managementvennootschap en aandeelhouder voor een derde. De zaaikapitaalronde nam een jaar in beslag. “Wij zochten vooral een consortium waarin iedereen zich goed voelde”, zegt Germain. In juni brachten vier partijen uiteindelijk samen 4 miljoen kapitaal in. Robert Bosch Venture Capital en Capricorn Cleantech Fund controleren elk 25 procent van de aandelen. Het filiaal Mijnen van LRM nam een achtste. De resterende 38 procent (vóór aandelenopties) blijft bij de oprichters. Germain: “LRM levert de lokale verankering. Capricorn is de financiële partner, maar met een grote bekommernis om efficiënt energiebeheer. Robert Bosch brengt het industriële profiel.”

Daarna ging het snel. “Dezelfde dag nog is de infrastructuur besteld”, zegt Germain. Chief operating officer Stefan Degroote (40), de fysicus tussen de ingenieurs: “De clean room wordt een dezer dagen opgeleverd. Daarna starten we direct de reactor. We zitten op schema”.

Buiten het kapitaal krijgt EpiGaN nog eens zoveel geld onder de vorm van leasing en subsidies uit het Europese zevende Kaderonderzoeksprogramma.

Japanse en Duitse concurrentie

EpiGaN stuurt al een tijd samples voor inspectie naar grote chip- en modulefabrikanten in vermogenselektronica. Die moeten op basis van de wafers chips ontwikkelen en toepassingen bedenken. In Leuven heeft ook imec een reeks bedrijven samengebracht voor een industrieprogramma rond GaN-op-silicium. Germain: “Wij mikken vooral op nieuwe toepassingen. De groei daarin kan veel sneller gaan dan wanneer je een bestaande technologie moet vervangen.” EpiGaN sluit daarmee ook mooi aan bij het nieuwe Limburgse kenniscentrum voor groene energie, EnergyVille. Het wordt een bepalend jaar. Germain: “Wij hebben vertrouwen. Bij imec werkten we met twee teams naast elkaar. Een team produceerde de GaN-op-siliciumwafers, het andere deed research naar toepassingen en maakte daar chips van, net zoals een klant zou doen. Zo kregen we voortdurend directe feedback.” Degroote: “Vergeleken met veel starters zijn we niet jong. We hadden geen incubatieperiode meer nodig. We konden direct beginnen met dingen op de markt te brengen.”

EpiGaN is wereldwijd niet de enige starter in GaN-op-silicium. In Japan is er Dowa en in het Duitse Maagdenburg en Dresden is er Azzurro Semiconductors. Azzurro heeft een jaartje voorsprong met een indrukwekkend management van industrieveteranen en een tweede kapitaalronde van 14,5 miljoen euro.

Koopjes

De timing van de Limburgers zit goed. Door de instorting van de Chinese vraag naar reactoren zijn daar kortingen te bedingen. Anderzijds zijn veel fabrieken voor de verwerking van 150 mm-wafers vandaag werkloos. De mainstreamindustrie schuift op naar formaten van 200 of zelfs 300 mm. “Met ons procedé kunnen 150 mm-fabrieken weer aan het werk. Dat zorgt voor veel interesse”, zegt Derluyn. Opschalen naar 200 mm – een verdubbeling van de oppervlakte en het aantal chips per wafer, wat ook weer de kostprijs per chip zal drukken – is een uitdaging voor EpiGaN. Germain: “Dat staat op onze roadmap. Wij zoeken nu vooral een ervaren verkoopdirecteur. Eind dit jaar zullen we met tien zijn.” Met haar Luiks doctoraat en postgraduaten uit Duitsland en de VS is Germain op zoek naar diversiteit in haar ploeg, net als haar mentor bij imec, professor Staf Borghs.

Borghs zelf mailt ons dat de starters van EpiGaN bij imec node worden gemist. Niet alleen om hun vakkennis. “Het was ook zeer aangenaam tafelen”, schrijft hij.

BRUNO LEIJNSE

“Dit is een kapitaalintensieve activiteit. De loonkosten zijn niet doorslaggevend”