Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWSIm EU-geförderten Projekt »ALL2GaN« arbeiten 45 Partner aus zwölf europäischen Ländern zusammen an leicht integrierbaren, energiesparenden Halbleitern aus Galliumnitrid (GaN). Ziel ist es, das Energiesparpotenzial von hocheffizienten Leistungshalbleitern aus Galliumnitrid voll auszuschöpfen und so die CO2-Emissionen um bis zu 30 % zu senken. Die neuartigen GaN-Leistungshalbleiter werden modular aufgebaut sein und über eine Integrations-Toolbox leicht in viele Anwendungen integriert werden können. Die Forschung erstreckt sich von einzelnen Chipelementen über leistungsstarke GaN-Module bis hin zu Chip-Designs und neuartigen System-on-Chip-Konzepten.
Telekommunikation, Daten Zentren, Server Farmen, E-Mobilität, erneuerbare Energien und hocheffiziente Smart-Grid-Lösungen sind Bereiche, in denen hohe elektrische Ströme und Spannungen effizient gesteuert werden müssen. Halbleiter aus Galliumnitrid, die höhere Schaltfrequenzen und Leistungsdichten ermöglichen, sind energieeffizienter und reduzieren damit CO2-Emissionen.
Aufbauend auf dem Projekt »UltimateGaN«, bei dem 26 Partner aus neun europäischen Ländern kompakte, kosten- und energieeffiziente Bauelemente auf Basis von Galliumnitrid entwickelt haben, geht es in einem nächsten Schritt darum, GaN-Halbleiter schneller in unterschiedliche Anwendungen integrieren zu können und damit die Energieeffizienz weiter zu erhöhen.
Dazu haben sich im Projekt »ALL2GaN« - Affordable smart GaN IC solutions for greener applications - mit dem Fraunhofer IMWS 44 weitere europäische Partner aus Industrie und Wissenschaft zusammengeschlossen, um neuartige, modulare GaN-Halbleiter zu entwickeln, die mittels eines Integrationsbaukastens leicht in eine Vielzahl von Anwendungen eingebettet werden können. Ziel ist es, eine deutlich höhere Performance und Zuverlässigkeit von GaN-Leistungs- und HF-Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette von den Wafer-Substraten, über die GaN-Bauelemente bis zur Systemebene zu erreichen.
Das Fraunhofer IMWS bringt seine langjährige Expertise im Bereich der Materialcharakterisierung und Fehlerdiagnostik ins Projekt ein und entwickelt verbesserte Analysemethoden für die Prozesscharakterisierung und physikalische Fehleranalyse. Wie im Vorgängerprojekt »Ultimate GaN« werden mit hochauflösenden Analyseverfahren und innovativen Fehlerdiagnostik-Methoden prozessbedingte Defekte identifiziert und die damit verbundenen Fehlermodi und Degradationsmechanismen untersucht. »Indem wir kritische Defekte oder GaN-spezifische Degradationsprozesse erforschen, tragen wir dazu bei, die Herstellungsprozesse zu optimieren und die Zuverlässigkeit der GaN-Bauelemente zu gewährleisten«, so Frank Altmann, Leiter des Geschäftsfelds »Werkstoffe und Bauelemente der Elektronik« am Fraunhofer IMWS.
Das Projekt »ALL2GaN« läuft über einen Zeitraum von drei Jahren. Das Projektvolumen von 60 Millionen Euro wird durch Investitionen der Industrie, Zuschüsse der einzelnen beteiligten Länder sowie des EU-Forschungsprogramms »European Key Digital Technologies« finanziert. Das Projektmanagement liegt bei Infineon Technologies Austria AG.