Technologie

Galliumnitrid für sparsame Chips

07.11.2019 - Halbleiter­material für Leistungs- und Hochfrequenz­elektronik der kommenden Generation.

Die Digi­talisierung in Industrie und privaten Haushalten, die Elektrifizierung in der Mobilität und die verstärkte Nutzung von Strom aus erneuer­baren Energien sorgen für einen Bedarf an Leistungs­halbleitern, die Strom effizienter als bisherige Lösungen wandeln können. Um diese zu global wettbewerbsfähigen Kosten für eine Vielzahl von Anwendungen bereit­stellen zu können, haben sich für „UltimateGaN“ – Research for GaN technologies, devices and appli­cations to address the challenges of the futureGaN roadmap – 26 Partner zu einem der größten europäischen Forschungs­projekte zusammen­geschlossen. Sie setzen auf Gallium­nitrid als neues Halbleiter­material, um innovative Leistungs- und Hochfrequenz­elektronik zu ermöglichen und so die nächste Generation der Energie­sparchips zu entwickeln. Die Anwendungs­felder sind vielfältig und umfassen beispiels­weise kürzere Ladezeiten für Elektroautos, einen schnelleren Datentransfer zwischen Anlagen, Objekten und Maschinen oder eine effizientere Netz­einspeisung von Strom aus erneuer­baren Energien.

Das Fraunhofer-Institut für Mikro­struktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle bringt dabei seine langjährige Erfahrung in der hochauf­lösenden Mikrostruktur­analytik und komplexen Fehler­diagnostik für elek­tronische Bauteile ein, ebenso seine Kompetenzen in der Entwicklung neuer Untersuchungs­verfahren. Die Grundlagen für das im Mai 2019 gestartete Projekt, das eine Laufzeit von drei Jahren hat und von Infineon Austria geleitet wird, wurden im voran­gegangenen Forschungs­projekt „PowerBase“ gelegt, an dem das Forscherteam aus Halle ebenfalls bereits beteiligt war.

„Die Basis­generation und die Pilotlinie, die darin entwickelt wurden, werden nun auf ein neues Technologie­niveau gehoben. Durch eine weitere Minia­turisierung der Chips, bei höherer Qualität und zu niedrigeren Herstellungskosten, soll das globale Markt­potenzial dieser Technologie weiter ausgeschöpft werden. Neue Materialien wie Gallium­nitrid erfordern dabei neue Ansätze der Fehler­analytik, um spezifische Fehlermodi oder Degradations­prozesse erkennen, verstehen und damit abstellen zu können“, sagt Frank Altmann, Leiter des Geschäft­sfelds Werkstoffe und Bauelemente der Elektronik.

Der Schlüssel zu effi­zienteren Bau­elementen sind die speziellen Material­eigenschaften von GaN, die höhere Leistungs­dichten ermöglichen. Bauteile auf GaN-Basis lassen sich in kleineren und leichteren Bauelement­strukturen umsetzen, die den Strom effizienter schalten sowie höhere Daten­übertragungsraten ermöglichen. Stromverluste werden bis zur Hälfte reduziert. „Die hohen elek­trischen Feldstärken sowie Strom- und Leistungsdichten in sehr kompakten Bauelementen sind dabei besonders herausfordernd“, sagt Altmann. Deshalb werden in „Ultimate GaN“ die Kompetenzen vieler Partner gebündelt, wodurch die gesamte Wertschöpfungs­kette abgebildet werden kann, von der Prozess­entwicklung über Design, Aufbau- und Verbindungs­technologien bis hin zur integrierten Systemlösung. 

Die Aktivitäten des Fraunhofer IMWS konzen­trieren sich auf die Struktur­charakterisierung und hochauf­lösende Fehler­analytik lateraler und vertikaler GaN-Archi­tekturen und leisten einen Beitrag zu einem tieferen Verständnis der auftretenden Fehlermodi und Degradations­mechanismen. Dazu gehören die Charak­terisierung von Grenzflächen­eigenschaften am Gate und Ohm-Kontakt und zwischen GaN-Stack und Passivierung, die Entwicklung speziell angepasster Analysemethoden für die Loka­lisierung und physika­lische Analyse von Defekten sowie die Bestimmung von Defekt­risiken beim Drahtbonden über aktiven GaN-Strukturen.

Fh.-IMWS / JOL

Weitere Infos

 

Produkte des Monats

4 Methoden, um Niederdruck-Gasströmungen zu modellieren

Vakuum- und Niederdrucksysteme werden für unterschiedliche Zwecke, wie Elektronenmikroskope oder in der Halbleiterherstellung, eingesetzt. Forscher und Entwickler, die mit Vakuumsystemen arbeiten, nutzen verstärkt Simulation für eine effizientere Entwicklung und zur Reduktion kostspieliger Prototypen.

 

Zur Registrierung

Neues aus der Welt der Multiphysik-Simulation

Die COMSOL News 2019 enthält spannende Berichte aus den verschiedensten Bereichen der Forschung und Entwicklung. Erfahren Sie, wie Multiphysik-Simulation Smart City-Technologien verbessert, den gezielteren Einsatz von Krebs-Medikamenten ermöglicht und für eisfreie Straßen im Winter sorgen kann!

Laden Sie die COMSOL News 2019 ohne Anmeldung und kostenfrei herunter:

HIER

Produkte des Monats

4 Methoden, um Niederdruck-Gasströmungen zu modellieren

Vakuum- und Niederdrucksysteme werden für unterschiedliche Zwecke, wie Elektronenmikroskope oder in der Halbleiterherstellung, eingesetzt. Forscher und Entwickler, die mit Vakuumsystemen arbeiten, nutzen verstärkt Simulation für eine effizientere Entwicklung und zur Reduktion kostspieliger Prototypen.

 

Zur Registrierung

Neues aus der Welt der Multiphysik-Simulation

Die COMSOL News 2019 enthält spannende Berichte aus den verschiedensten Bereichen der Forschung und Entwicklung. Erfahren Sie, wie Multiphysik-Simulation Smart City-Technologien verbessert, den gezielteren Einsatz von Krebs-Medikamenten ermöglicht und für eisfreie Straßen im Winter sorgen kann!

Laden Sie die COMSOL News 2019 ohne Anmeldung und kostenfrei herunter:

HIER