Fraunhofer IISB: YESvGaN-Projekt entwickelt wettbewerbsfähige GaN-Prozesstechnologien

Können wir einen Beitrag zum weltweiten Energieproblem leisten, indem wir den Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung zu niedrigen Kosten maximieren? Die Antwort lautet: YESvGaN! Das Ziel des YESvGaN-Konsortiums ist es, eine neue Klasse von vertikalen Leistungstransistoren auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) zu entwickeln, sogenannte vertikale GaN-Membrantransistoren. Diese neuartigen Leistungsbauelemente kombinieren die Effizienz von Halbleitern mit breiter Bandlücke (WBG) mit den niedrigeren Kosten der etablierten Silizium-Halbleitertechnologie. Im Rahmen von YESvGaN wird die Entwicklung der erforderlichen neuen Technologie vom Wafer bis hin zur Anwendung behandelt.

Seit dem Projektstart am 1. Mai 2021 hat das Projektkonsortium, bestehend aus 23 europäischen Partnern, beeindruckende Entwicklungen erzielt. Vertikale Bauelementedemonstratoren mit FinFET-Architekturen und Schottky-Dioden – als wichtige Bausteine für eine neuartige vertikale Membrantransistortechnologie – wurden erfolgreich realisiert. Außerdem wurden vertikale Schichtstapel auf Silizium und Saphir mit einer Diodendurchbruchsspannung von über 500 V gezüchtet. Dies ist ein wichtiger Schritt zum Erreichen des Projektziels von 1200 V Sperrspannung auf kostengünstigen Silizium- oder Saphirsubstraten. Damit könnte der Markt für zukünftige Hochleistungsanwendungen, z.B. in der Automobilindustrie, für das GaN-Halbleitermaterial erschlossen werden.

Für vertikale GaN-Leistungstransistoren mit extrem niedrigem Widerstandsbeitrag des Rückseitenkontakts ist die Entwicklung einer zuverlässigen Membranprozesstechnologie entscheidend. YESvGaN ist es gelungen, solche zerbrechlichen GaN-Membranen mit einer Dicke von wenigen Mikrometern und einem Durchmesser von mehreren Millimetern herzustellen, ohne dass sie brechen. Neuartige Montage- und Verbindungstechnologien werden für die endgültige Anwendung von vertikalen GaN-Leistungstransistoren mit Membran unter extremen Bedingungen getestet. Dazu gehören Betriebstemperaturen von mehr als 250 ⁰C. Darüber hinaus werden virtuelle Prototypen entwickelt, um die Effizienz von GaN-Bauelementen in den Zielanwendungen mithilfe digitaler Zwillinge zu bewerten.

Wir sind zuversichtlich, dass YESvGaN auch in den nächsten Phasen des Projekts vielversprechende Ergebnisse erzielen und einen wichtigen Schritt in Richtung vollständig vertikaler GaN-Membrantransistoren machen wird. Können wir also mit energieeffizienter und kostengünstiger vertikaler GaN-Technologie einen Beitrag zur Lösung der weltweiten Energieprobleme leisten? Unsere Antwort bleibt: YESvGaN!

Über YESvGaN
Das vom ECSEL-JU finanzierte YESvGaN-Projekt wurde am 1. Mai 2021 gestartet. Das YESvGaN-Konsortium besteht aus 23 Partnern und zeichnet sich durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie in sieben verschiedenen europäischen Ländern aus.

Weiterführende Links

www.iisb.fraunhofer.de
Fotos: Christian Huber / Robert Bosch GmbH and Eldad Bahat-Treidel / Ferdinand-Braun-Institut GmbH, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH)