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AIXTRON ist Partner im EU-Forschungsprojekt YESvGaN
Im Rahmen des Forschungsprojekts "YESvGaN" (Vertical GaN on Silicon: Wide Band Gap Power at Silicon Cost) sollen hocheffiziente Leistungstransistoren basierend auf einer neuartigen Prozesstechnologie für die industrielle Herstellung in großen Stückzahlen entwickelt werden. Bei der Entwicklung neuartiger vertikaler Galliumnitrid (GaN)-Leistungstransistoren mit Silizium als Substrat setzt das Konsortium auf die Epitaxie-Expertise von AIXTRON SE, einem Anbieter von Depositionsanlagen für die Halbleiterindustrie.
Für dieses Leistungsbauelement muss das Verbindungshalbleitermaterial Galliumnitrid großflächig in Form von kristallinen Schichten auf einem geeigneten, Substrat wie zum Beispiel einem Silizium-Wafer abgeschieden werden. „GaN-Leistungstransistoren auf Silizium-Wafern eröffnen uns die Möglichkeit, eine um etwa 15 Prozent höhere Leistungsdichte bei Galliumnitrid im Vergleich zu Silizium (Si) mit den Kostenvorteilen der etablierten Siliziumtechnologie zu verbinden. Die Leistung soll damit über der moderner SiC-MOSFETs liegen bei Chipkosten, die mit denen von Si-IGBTs konkurrieren", sagt Prof. Dr. Michael Heuken, Vice President Advanced Technologies bei AIXTRON SE.
Möglich werde dies durch die Leistungsvorteile von vertikalen Wide-Band-Gap (WBG)-Transistoren. Diese Eigenschaften erlauben es, dass die Transistoren aus Wide-Band-Gap-Halbleitern wie Galliumnitrid (GaN) leistungsfähiger sind als herkömmliche Silizium-Halbleiter. Die geringeren Energieverluste bei der Schaltung hoher elektrischer Leistungen von bis zu 50 Prozent und die niedrigeren Produktionskosten durch den Einsatz von Silizium-Wafern würden die GaN-Leistungstransistoren für den Einsatz in vielen preissensiblen Anwendungen prädestinieren.
„Hinzu kommt der Vorteil, dass mit ihnen der Energieverbrauch und die CO2-Emissionen erheblich gesenkt werden können", fügt Heuken hinzu. Das "YESvGaN"-Konsortium schätzt die möglichen Stromeinsparungen durch den konsequenten Einsatz von solchen YESvGaN-Vertikalmembran-GaN-Transistoren in der EU im Jahr 2030 äquivalent der Leistung von sieben Atomkraftwerken oder zehn Kohlekraftwerken ein.
Die Energieeffizienz macht den Einsatz dieser Transistoren insbesondere im Bereich von Rechenzentren mit ihrem hohen Stromverbrauch bis hin zu Traktionswechselrichtern für Elektrofahrzeuge attraktiv. Der Einsatz verlustarmer Leistungselektronik leistet bei der Elektromobilität einen wertvollen Beitrag nicht nur um Energie einzusparen, sondern auch um die Reichweiten von Elektrofahrzeugen zu vergrößern.
Um die Marktdurchdringung von GaN-basierten Bauelementen weiter voranzutreiben, erprobt AIXTRON darüber hinaus im Rahmen des Forschungsprojekts "YESvGaN" das epitaktische Wachstum auf Wafern mit einem Durchmesser von 300 mm - derzeit wird primär die MOCVD-Technologie zum kristallinen Wachstum auf 150 mm- bis 200 mm-Wafern eingesetzt. Für die Abscheidung von GaN-Schichten auf 300 mm-Silizium-Substraten entwickelt AIXTRON auch die dafür notwendige Anlagentechnologie.
