STMicro und Leti entwickeln GaN-on-Silicon-Tech für Leistungswandler-Anwendungen

ST wird mit dieser Leistungs-GaN-on-Si-Technologie hocheffiziente Hochleistungs-Anwendungen adressieren können, wie zum Beispiel On-Board-Ladegeräte für Hybrid- und Elektrofahrzeuge, kabellose Ladesysteme und Server. Die Zusammenarbeit zielt vorrangig auf die Entwicklung und Qualifikation fortschrittlicher Architekturen für GaN-on-Si-Dioden- und -Transistoren auf 200-mm-Wafern. Dieser Markt wird laut Schätzungen des Marktforschungsunternehmens IHS-Markit zwischen 2019 und 2024 um durchschnittlich mehr als 20% pro Jahr wachsen. Im Rahmen von IRT Nanoelec entwickeln ST und Leti die Prozesstechnologie auf der 200 mm F&E-Linie von Leti und gehen davon aus, im Jahr 2019 validierte Entwicklungsmuster fertig zu haben. Parallel dazu wird ST bis 2020 in seiner Front-End-Waferfertigung in Tours (Frankreich) eine vollständig qualifizierte Fertigungslinie mit GaN/Si-Hetero-Epitaxie für die Pilotfertigung aufbauen. Angesichts der Attraktivität der GaN-on-Si-Technologie für Leistungs-Anwendungen loten ST und Leti außerdem aus, mit welchen fortschrittlichen Techniken sich die Gehäuse der Bausteine zur Herstellung von Power-Modulen mit hoher Leistungsdichte verbessern lassen. „In Anbetracht des unglaublichen Nutzens der Wide-Bandgap-Halbleiter geben uns die Errungenschaften von ST im Bereich der Fertigungs- und Gehäusetechnologien für Leistungs-GaN-on-Si-Halbleiter gemeinsam mit CEA-Leti das branchenweit umfassendste Portfolio an GaN- und SiC-Produkten und -Fähigkeiten in die Hand, das außerdem durch unsere erwiesene Kompetenz in der Massenfertigung qualitativ hochwertiger, zuverlässiger Produkte ergänzt wird”, kommentiert Marco Monti, President der Automotive and Discrete Group bei STMicroelectronics. „Gestützt auf die generische 200-mm-Plattform von Leti arbeitet das Leti-Team mit vollem Einsatz daran, die strategische GaN-on-Si-Roadmap von ST für die Leistungselektronik zu unterstützen. Es ist außerdem dafür gerüstet, die Technologie auf die spezielle GaN-on-Si-Fertigungslinie von ST in Tours zu transferieren. Diese Gemeinschaftsentwicklung von Teams beider Seiten nutzt das IRT Nanoelec Rahmenprogramm zur Ausweitung des erforderlichen Know-hows und zur Innovation beginnend auf der Baustein- und System-Ebene“, sagt Leti-CEO Emmanuel Sabonnadiere. Hinweise für die Redaktionen: GaN (Galliumnitrid) ist ein Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke (Wide Bandgap). Bauelemente auf GaN-Basis lassen sich daher mit deutlich höheren Spannungen, Frequenzen und Temperaturen betreiben als solche auf der Basis konventioneller Halbleiter wie etwa Silizium. ST arbeitet außerdem an zwei weiteren Wide-Bandgap-Technologien, nämlich Siliziumkarbid (SiC) und HF-Galliumnitrid. Auf dem GaN-Sektor gab ST neben dieser Ankündigung mit CEA-Leti jüngst eine weitere Entwicklung von GaN-on-Silicon für HF-Anwendungen gemeinsam mit MACOM bekannt. MACOM wird diese für eine breite Palette von HF-Anwendungen nutzen, während ST auf Märkte außerhalb des Telekommunikationsbereichs zielt. Auch wenn sie beide auf GaN basieren und somit leicht zu verwechseln sind, verwenden beide Initiativen strukturell unterschiedliche Konzepte, die im praktischen Einsatz verschiedene Vorteile bieten. So eignet sich die Power-GaN-on-Si-Technologie für die Produktion auf 200-mm-Wafern, während die RF-GaN-on-Si-Technologie zumindest bis jetzt besser für 150-mm-Wafer geeignet ist. Unabhängig davon aber kommen GaN-Technologien wegen ihrer niedrigen Schaltverluste für Anwendungen mit höheren Frequenzen in Frage. SiC-Bauelemente dagegen sind für höhere Spannungen geeignet – mit einer Sperrspannung von über 1.700 V, einer Avalanche-Festigkeit von mehr als 1.800 V und niedrigen Einschaltwiderständen, sodass sie in Bezug auf die Energieeffizienz und die thermischen Eigenschaften als ideal zu bezeichnen sind. Mit diesen Charakteristika bietet SiC perfekte Voraussetzungen für Anwendungen wie zum Beispiel Elektrofahrzeuge, PV-Wechselrichter und Schweißanlagen.