ECHA will Smartphones verbieten Die Einstufung des Halbleiterwerkstoffes GaAs nach der CLP-Verordnung und mögliche Folgen

Redakteur: Kristin Rinortner

Galliumarsenid ist ein wichtiger Werkstoff der Halbleiterindustrie, der aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften in vielen Hightech-Applikationen verwendet wird. Dazu zählen die mobile Kommunikation mit Smartphones ebenso wie Anwendungen von Laserdioden in Maschinenbau, Medizintechnik, Sensorik- und Consumer-Anwendungen. Jetzt soll Galliumarsenid von der EU verboten werden.

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Bild 2: Im Smartphone verbaute GaAs-MMIC (Bild: UMS)
Bild 2: Im Smartphone verbaute GaAs-MMIC (Bild: UMS)

Auf der Grundlage der CLP-Verordnung (Classification, Labelling and Packaging) stuft die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) Substanzen anhand ihres Gefährdungspotenzials für die menschliche Gesundheit und Umwelt in verschiedene Kategorien ein. Vorschläge werden durch die Mitgliedsstaaten bei der ECHA eingereicht. Die wissenschaftliche Bewertung der Stoffeigenschaften sowie die Klassifizierung nimmt das Risk Assessment Committee (RAC) im Auftrag der ECHA vor. Die offizielle Meinung des RAC wird im weiteren Verlauf an die EU-Kommission übermittelt, die im so genannten Komitologieverfahren über die Rechtswirksamkeit der Einstufung entscheidet.

Zu den ersten Substanzen, die durch das RAC eingestuft werden, gehört der Verbindungshalbleiterwerkstoff Galliumarsenid (GaAs). Im laufenden Verfahren soll der Festkörper GaAs als krebserregend und fortpflanzungsschädigend (reprotoxisch) sowie als atemwegsschädigend klassifiziert werden.

Würde GaAs basierend auf einer unkorrekten CLP-Einstufung nach Abschluss des Verfahrens auf die SVHC-Liste (Substances of Very High Concern) gesetzt werden, hätte dies gravierende Folgen für die Hightech-Industrie in Deutschland.

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Integrierte Schaltkreise auf der Basis des so genannten III-V-Verbindungshalbleiters GaAs zeichnen sich durch eine höhere Effizienz, bessere Hochfrequenzeigenschaften, höhere Durchbruchspannungen und eine höhere Ausgangsleistung bei geringeren Spannungen sowie geringeres Rauschen im Vergleich zu äquivalenten Silicium-Bausteinen aus. Aufgrund der direkten Bandlücke ist der Werkstoff in der Lage Licht zu emittieren, bei Silicium ist das nicht der Fall.

Unmittelbare Anwendungen findet der Verbindungshalbleiter deshalb vor allem in der optoelektronischen Industrie bei LED der Farben Rot bis Grün, in den modernen energieeffizienten Displaytechnologien wie sie z.B. bei Flachbildschirmen eingesetzt werden sowie in vielfältiger Form als Laserdioden in der Industrie (Automobilbau), Medizin (Augenoperationen, Kernspintomografen) oder Consumer-Elektronik (CD-, DVD-Player, -Recorder). Auch die gesamte optische Sensorik in der Automatisierungstechnik ist auf GaAs angewiesen.

In der Elektronikindustrie ist der Werkstoff unverzichtbar als Basis für Operationsverstärker-IC und Schalter in den meisten Handys und Smartphones. Daneben wird das Material zur Herstellung von Hochleistungstransistoren mit Frequenzen im THz-Bereich sowie Detektoren und Mikrowellen-Leistungsverstärkern (LNA) verwendet, die z.B. in der Satellitenkommunikation, der Glasfaserkommunikation, in 3G/4G-Basisstationen und in Richtfunkstrecken genutzt werden.

Aufgrund der vorzüglichen Energieeffizienz werden GaAs-Bauelemente ebenfalls in vielen Consumer-Elektronik-Anwendungen eingebaut. Auch moderne Radar- und Abstandsmessungen in der Automobilindustrie und viele Sicherheitsanwendungen basieren auf GaAs-Komponenten. Dazu kommt ein großer Teil der Solarindustrie. Der Anteil von GaAs-basierten Komponenten beträgt etwa 5% der Gesamt-Bauelementemenge, ist allerdings in den beschrieben Hightech-Anwendungen nicht zu ersetzen.

Bild 1: GaAs-Wafer (Bild: UMS)
Bild 1: GaAs-Wafer (Bild: UMS)
Denn der Verbindungshalbleiter ist aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften hinsichtlich Effizienz, HF-Charakteristika, Rauschen und Lichtemission (siehe Kasten) ein wichtiger, nicht ersetzbarer Werkstoff z.B. für die optoelektronische Industrie, die mobile Kommunikation, die Elektronikindustrie, den Maschinen- und Automobilbau.

Ein Verbot von GaAs hätte weit reichende politische, wirtschaftlicher und rechtliche Konsequenzen

„Ein Verbot von GaAs würde den deutschen Hightech-Unternehmen sehr schaden“, erklärt Dr. Harald Müller vom Fraunhofer Institut IAF in Freiburg. Zudem würde das Verbot mit der Halbleiterindustrie einen Wirtschaftszweig treffen, der extrem auf die Einhaltung von Umweltschutzverordnungen und auf Grund der extremen Sauberkeitsanforderungen auf streng abgekapselte Produktionsprozesse bedacht ist.

Auch Gerhard Hirschle von United Monolithic Semiconductors (UMS), der einzigen deutschen Firma, die Bauelemente auf GaAs-Basis herstellt, ist dieser Ansicht. „Die momentan vom RAC vorgesehene CLP-Einstufung von GaAs hat politische, wirtschaftliche und rechtlich weitreichende Konsequenzen für unsere Branche. Basierend auf der SVHC-Einstufung von GaAs und der resultierenden Autorisierung würde die deutsche Hochtechnologieindustrie dadurch massiv in ihrer Wettbewerbsposition und Innovationsfähigkeit benachteiligt und in eine starke Abhängigkeit von außereuropäischen Importen gesetzt.“

Bild 2: Im Smartphone verbaute GaAs-MMIC (Bild: UMS)
Bild 2: Im Smartphone verbaute GaAs-MMIC (Bild: UMS)

Die deutsche Industrie wäre zudem noch stärker von Asien, namentlich Japan und China, abhängig. Abgesehen von Verzögerungszeiten, auch durch Katastrophen wie kürzlich in Japan, und Preistreiberei wie aktuell durch China bei den seltenen Erden, die in Energiesparlampen verwendet werden, wäre das eine schwierige Situation für die Zukunft.

Auch die optoelektronische Industrie zeigt sich betroffen: „OSRAM ist sich der Situation der REACH-Klassifizierung in Bezug auf Gallium Arsenid bewusst und teilt die Ansicht des ZVEI Zentralverbandes“, teilt die Pressestelle auf Anfrage mit.

Nach der Intervention von Unternehmen und Verbänden hat die ECHA das RAC zu einer erneuten Überprüfung der im Mai 2010 abgegebenen Opinion aufgefordert. Das RAC ist jedoch nur bereit, den begangenen Formfehler für den Punkt Kanzerogenität aufzugreifen. Obwohl ebenfalls neue wissenschaftliche Erkenntnisse für den Punkt Reproduktionstoxizität vorliegen, sieht man entgegen der Signale der EU-Kommission keine Notwendigkeit zur inhaltlichen Diskussion.

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