„Große Chancen, die technologische Souveränität auf dem Gebiet der Leistungselektronik nicht nur zu sichern, sondern zum Taktgeber einer ganzen Industrie zu werden“ – so beschreibt ein Forschungskonsortium die Möglichkeiten in Verbindung mit Halbleitermaterialien auf Basis von Aluminiumnitrid (AIN). Die europäische Forschung habe die Chance, sich hier an die internationale Spitze zu setzen. Überdies sei auch „die praktische Umsetzung der Wertschöpfungskette für AlN-Bauelemente“ in Deutschland und Europa erfolgreich demonstriert worden.
Potenzial für AIN-Halbleiter besteht den Angaben zufolge bei leistungselektronischen Transistoren und Millimeterwellen-Hochfrequenzschaltungen. Gegenwärtig, heißt es in einer Mitteilung, würden die in der Leistungselektronik etablierten Silizium-Bauelemente von WBG-(Wide Bandgap-) Halbleitern verdrängt, also von Materialien mit großer Bandlücke. Tatsächlich ist dieser Prozess bereits seit etlichen Jahren im Gang, auch in der Solarindustrie sind etwa Wechselrichter mit Bauteilen auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) und auch Galliumnitrid (GaN) keine Neuigkeit mehr. Es sei aber bereits absehbar, dass WBG-Halbleiter ihrerseits von solchen mit ultra-großer Bandlücke (UWBG) verdrängt würden, und hier wiederum sei AIN ein vielversprechendes Material.
Mit Bauelementen auf einkristallinen AlN-Wafern lasse sich eine höhere stabile Leistungsdichte und Effizienz erreichen als mit der GaN-Technologie. Gleichzeitig seien dynamische Störeffekte geringer und die Zuverlässigkeit größer, zudem ermögliche die hohe thermische Leitfähigkeit von AlN eine „gute Entwärmung der Bauelemente“.
Die in Deutschland in Bezug auf AIN bereits bestehenden Aktivitäten wurden nun „in einem strategischen Cluster gebündelt“, um eine inländische Wertschöpfungskette und „eine internationale Führungsposition in diesem wirtschaftlich immer bedeutsameren Bereich aufzubauen“. Zu dem Cluster gehören das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB und die Firma III/V-Reclaim PT. Diese Partner decken den Angaben zufolge die gesamte Wertschöpfungskette ab. Am Fraunhofer IISB wurden AlN-Kristalle gezüchtet und in Wafer mit bis zu 1,5 Zoll Durchmesser gesägt. III/V-Reclaim hat einen Polierprozess für die Herstellung epitaxiefähiger Wafer entwickelt. Am FBH wurden funktionale epitaktische Schichten aufgebracht und AlN/GaN-Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMTs) prozessiert. Die erste so produzierte Transistorgenerationen zeige eine hohe Durchbruchsspannung (bis zu 2200 Volt) und eine höhere Leistungsdichte als SiC- oder GaN- Bauelemente.
Immer höhere Energieeffizienz und fortschreitende Miniaturisierung seien auch für leistungselektronische Systeme und in der Mikrowellen-Kommunikation entscheidende Faktoren. Allein in Europa würden „pro Jahr schätzungsweise 3 Terawattstunden elektrischer Energie aufgrund von Umwandlungsverlusten vergeudet – mit steigender Tendenz“. Um dem entgegenzuwirken, müsse am Halbleitermaterial selbst angesetzt werden. AlN/GaN-HEMTs, wie sie jetzt erfolgreich hergestellt worden seien, verursachten „bis zu dreitausendmal weniger Leitungsverluste“ und seien rund zehnmal leistungsfähiger als SiC-Bauelemente.
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