Infineon

Applikationsspezifische und technische Herausforderungen in der GaN-Forschung

Seite: 3/3

Firmen zum Thema

Herausforderungen bei Material und Technologien

Auf dem Weg zur Industriereife ist eine Reihe von Aufgaben zu lösen, die vor allem die Themenbereiche Langlebigkeit und Qualität umfassen. Daher werden End of Life-Untersuchungen bei unterschiedlichen applikationsspezifischen Belastungen wie beispielsweise Temperatur, Spannung und Feuchte durchgeführt, um auch mögliche neue, noch nicht bekannte Fehlermechanismen zu erkennen und rechtzeitig vorbeugende Maßnahmen zu deren Abstellung zu ergreifen.

Bildergalerie

Im Fertigungsverlauf selbst gibt es technische Anforderungen, die durch den Werkstoff an sich bedingt sind: Sprödigkeit der Schicht, Kristallbaufehler und Schichtstress. Hiervon betroffen ist vor allem der Epitaxie-Prozess der Pufferschichten und der aktiven GaN-Schicht. Dabei gilt, dass eine höhere Sperrspannung zu einer dickeren GaN-Epitaxie-Schicht führt. Dies wiederum verspannt und verbiegt den Wafer, was zu Schwierigkeiten in einer hochautomatisierten Fertigung führt. Ein Schwerpunkt des Forschungsprojekts wird deshalb auch auf der gezielten Einstellung der Spannung und Gegenspannung der Einzelschichten im Pufferaufbau liegen. Erklärtes Ziel ist es, die Wafer-Verbiegung unter 50 µm zu halten.

Applikationsspezifische Untersuchungen

Da es sich bei GaN um einen verhältnismäßig neuen Verbindungshalbleiter handelt, sollten Schaltungs-Designs sinnvollerweise immer neu gestaltet werden. Plug & Play-Versuche sind nur sehr begrenzt sinnvoll, da die Stärken der GaN-Schalter, wie zum Beispiel die möglichen höheren Schaltfrequenzen, damit überhaupt nicht adressiert werden können. Aufgrund der hohen Energiedichte ist das thermische Design in allen nachfolgenden Bereichen der Wertschöpfungskette (Package, Platinen-Design und -material, Gehäuse etc.) von besonderer Bedeutung. Wenn dies nicht Berücksichtigung findet, lassen sich die Vorteile von GaN-Schaltern ebenfalls nur begrenzt nutzen. Im Bereich der Verbindungs- und Gehäusetechnik müssen also ebenfalls neue, innovative Lösungen gefunden werden.

Eine mögliche attraktive Zielapplikation für die neuen GaN-Bauelemente sind Schaltnetzteile, wie sie zum Beispiel im Server- und Telekom-Bereich zum Einsatz kommen. Hier ermöglicht GaN einen Wirkungsgrad von über 99% in der PFC-Stufe über einen weiten Lastbereich.

Im Zuge des bis 2018 laufenden Forschungsprojektes PowerBase werden die bestehenden Herausforderungen beim Verbindungshalbleiter GaN intensiv erforscht. So wie von der ECSEL-Forschungsintiative vorgesehen, wird Europa damit als Kompetenzstandort für die Entwicklung und Fertigung von innovativer Leistungselektronik gestärkt und weiter ausgebaut.

* Oliver Häberlen ist Senior Principal Technology Development bei Infineon Technologies Austria AG, Villach.

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:43883716)