Technologie

Bauelemente fürs All

29.03.2021 - Kassiopeia-Projekt bündelt Fähigkeiten europäischer Komponentenhersteller.

Das Ferdinand-Braun-Institut, SweGaN AB und die University of Bristol kooperieren im Rahmen des von der Europäischen Weltraum­organisation ESA geförderten Kassiopeia-Projekts. Die Teams bündeln ihre Expertise, um hoch­leistungs­fähige GaN-MMICs (monolithisch integrierte Mikrowellen­schaltungen) für das Ka-Band zu entwickeln. Zu den Anwendungen für diese Bauelemente gehören Beam-Steering-Antennen für die Satelliten­kommunikation und Radar­anwendungen. 
 

Im März ist das Kassiopeia-Projekt gestartet, um eine Wert­schöpfungs­kette mit international führender, nur in Europa verfügbarer Technologie zu etablieren. Das vom Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) geleitete Konsortial­projekt will eine vollständig unabhängige europäische Wertschöpfungs­kette demonstrieren, angefangen von Siliziumkarbid (SiC)-Substraten, Galliumnitrid (GaN)-Epitaxie, Prozessierung von GaN-Bauelementen bis hin zu Millimeter-Wellen-Leistungsverstärkern. Zu diesem Zweck entwickeln und demonstrieren die Partner Ka-Band-MMICs, die neuartige Epitaxie-, Prozessierungs- und Schaltungskonzepte für hoch­effiziente GaN- und Aluminiumnitrid (AlN)-Bauelemente nutzen. Das Ka-Band-Frequenzband wird unter anderem für die Satelliten­kommunikation genutzt. 

Das FBH bringt dabei seine industrietaugliche Ka-Band-MMIC-Technologie auf 100-Millimeter-GaN-auf-SiC-Wafern ein. „Allein­stellungs­merkmal unserer GaN-MMIC-Technologie ist die hoch­reproduzierbare und zuverlässige Iridium-Sputter-Gate-Technologie“, erklärt Joachim Würfl, Leiter der Abteilung Leistungs­elektronik und des GaN Microwave Devices Labs am FBH. „Diese Technik reduziert die dynamischen Verluste (Gate-Lagging) auf Werte, die bis zu zwei Mal geringer sind als die konkurrierender institutioneller und industrieller Technologien.“ Auch die Zuverlässigkeit der Bauelemente lässt sich damit deutlich verbessern. Zusammen mit neuen prozesstechnischen Ansätzen und Schaltungs­konzepten, mit denen die parasitären Verluste reduziert werden sollen, werden hocheffiziente Ka-Band-MMICs entwickelt. Die zukunftsweisende Technologie soll mit mehr Leistung und Zuverlässigkeit punkten, die für weltraumtaugliche Bauelemente besonders wichtig sind. 

SweGaN beteiligt sich mit QuanFINE, seiner einzigartigen pufferfreien Epitaxielösung für GaN-auf-SiC Epiwafer, und bringt sein Know-how bei Epitaxie­schicht­design und -optimierung in das Projekt ein. Darüber hinaus stellt das Unternehmen selbst­entwickelte halbisolierende SiC-Substrate für Untersuchungen zur Verfügung – die Aktivitäten in diesem Zusammenhang werden von der Schwedischen Nationalen Raumfahrt­behörde (Rymdstyrelsen) gefördert. SweGaN ist Anbieter von epitaktischen GaN-Wafern für Mikrometer- und Millimeter-Wellen­transistoren mit einem besonders niedrigen thermischen Übergangs­widerstand und begrenzten Trapping-Effekten – diese basieren auf dem proprietären pufferfreien Ansatz. Der Epiwafer-Spezialist liefert Epitaxie-Material an führende Hersteller von Komponenten und Geräten für die Satelliten­kommunikation, Tele­kommunikation, Verteidigung sowie Leistungs­elektronik für Elektro­fahrzeuge, Solar-Wechselrichter und mehr. „Wir freuen uns, gemeinsam mit dem FBH und der University of Bristol an diesem von der ESA geförderten Projekt teilzunehmen“, erklärt Jr-Tai Chen, CTO von SweGaN. „Da konventionelle GaN-auf-SiC-Materialien für Ka-Band-Anwendungen noch nicht ausgereift sind, gibt es noch viel Platz für Innovationen und Verbesserungen. SweGaN wird sein revolutionäres epitaktisches Herstellungs­verfahren nutzen, um diese Herausforderung zu meistern.“

Die Forschung der Universität Bristol im Projekt konzentriert sich auf direkte thermische Messungen an aktiven GaN-Transistoren. Dazu nutzt die Hochschule Mikro-Raman-Thermo­grafie sowie fortgeschrittene Bauelement-Charakterisierungen und -Modellierungen. Dies ermöglicht kontinuierliche Rück­kopplungen zu allen in Kassiopeia geplanten Bauelemente- und Epitaxie­entwicklungen. 

FBH / DE
 

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