Die kürzliche Markteinführung von GaN-basierten Schnellladegeräten unterstreicht das Potenzial der GaN-Technologie für Leistungselektronikanwendungen. Dank kontinuierlicher Fortschritte bei der GaN-Epitaxie, der Herstellung von GaN-Bauelementen und ICs, der Zuverlässigkeit und Robustheit sowie der Optimierung auf Systemebene ist die GaN-Technologie bereit, eine neue Generation von Leistungselektronikprodukten zu ermöglichen.
Diese werden mit reduzierten Formfaktoren, geringerem Gewicht und überlegener Energieumwandlungseffizienz im Vergleich zu Si-basierten Lösungen auf den Markt kommen. Beispiele hierfür sind On-Board-Ladegeräte und DC/DC-Wandler für Automobilanwendungen, Wechselrichter für Solarmodule und Stromverteilungssysteme für Telekommunikations- und KI-Rechenzentren – Bereiche, in denen GaN-basierte Bausteine zur allgemeinen Dekarbonisierung, Elektrifizierung und Digitalisierung der Gesellschaft beitragen.
Ein bemerkenswerter Trend in der Entwicklung der GaN-Technologie ist die Umstellung auf größere Waferdurchmesser, wobei die Kapazität derzeit hauptsächlich auf 200 mm verfügbar ist. Mit der Einführung seines 300-mm-GaN-Programms geht imec den nächsten Schritt und baut auf seiner 200-mm-Expertise auf.
Stefaan Decoutere, Fellow und Programmdirektor des GaN-Leistungselektronikprogramms bei imec: „Die Vorteile der Umstellung auf 300-mm-Wafer gehen über die Skalierung der Produktion und die Senkung der Herstellungskosten hinaus. Unsere CMOS-kompatible GaN-Technologie hat nun Zugang zu modernsten 300-mm-Anlagen, die es uns ermöglichen, fortschrittlichere GaN-basierte Leistungsbauelemente zu entwickeln. Beispiele hierfür sind aggressiv skalierte p-GaN-Gate-HEMTs mit niedriger Spannung für den Einsatz in Point-of-Load-Wandlern, die eine energieeffiziente Stromverteilung für CPUs und GPUs unterstützen.“
Im Rahmen des 300-mm-GaN-Programms wird zunächst eine grundlegende laterale p-GaN-HEMT-Technologieplattform für Niederspannungsanwendungen (100 V und darüber) unter Verwendung von 300 mm Si(111) als Substrat etabliert. Zu diesem Zweck werden derzeit Prozessmodule entwickelt, die sich auf das Ätzen von p-GaN und die Bildung ohmscher Kontakte konzentrieren. Später sollen Hochspannungsanwendungen hinzukommen. Für 650 V und mehr werden bei den Entwicklungen 300-mm-Halbleiter-Spezifikationen und CMOS-kompatible QST®-Substrate (ein Material mit polykristallinem AlN-Kern) verwendet. Während der Entwicklungen stehen die Kontrolle über die Wölbung der 300-mm-Wafer und deren mechanische Festigkeit im Vordergrund.
Die Einführung des 300-mm-GaN-Programms folgt auf erfolgreiche Tests zur Handhabung von 300-mm-Wafern und die Entwicklung von Maskensätzen. Imec geht davon aus, dass bis Ende 2025 die vollständigen 300-mm-Kapazitäten in seinem 300-mm-Reinraum installiert sein werden.
„Der Erfolg der 300-mm-GaN-Entwicklung hängt auch von der Fähigkeit ab, ein robustes Ökosystem aufzubauen und gemeinsam Innovationen voranzutreiben, vom 300-mm-GaN-Wachstum und der Prozessintegration bis hin zu Verpackungslösungen“, fügt Stefaan Decoutere hinzu. „Wir freuen uns daher, AIXTRON, GlobalFoundries, KLA Corporation, Synopsys und Veeco als erste Partner in unserem offenen F&E-Programm für 300-mm-GaN bekannt zu geben und hoffen, bald weitere Partner begrüßen zu dürfen. Denn die Entwicklung fortschrittlicher GaN-Leistungselektronik erfordert eine enge Verzahnung zwischen Design, Epitaxie, Prozessintegration und Anwendungen – eine Verzahnung, die sich für unsere Pionierarbeit mit 200-mm-GaN als entscheidend erwiesen hat.“
Über imec
Imec ist ein weltweit führendes Forschungs- und Innovationszentrum für Nanoelektronik und digitale Technologien. Imec nutzt seine hochmoderne F&E-Infrastruktur und sein Team von mehr als 6.000 Mitarbeitern und Spitzenforschern für die Forschung und Entwicklung in den Bereichen fortschrittliche Halbleiter- und Systemskalierung, Siliziumphotonik, künstliche Intelligenz, 5G-Kommunikation und Sensortechnologien sowie in Anwendungsbereichen wie Gesundheit und Biowissenschaften, Mobilität, Industrie 4.0, Agrar- und Lebensmittelindustrie, Smart Cities, nachhaltige Energie, Bildung usw.
Imec vereint weltweit führende Unternehmen aus der Halbleiter-Wertschöpfungskette, in Flandern ansässige und internationale Technologie-, Pharma-, Medizin- und IKT-Unternehmen, Start-ups sowie akademische Einrichtungen und Wissenszentren. Imec hat seinen Hauptsitz in Leuven (Belgien) und verfügt über Forschungsstandorte in Belgien, den Niederlanden, Großbritannien und den USA sowie Vertretungen auf drei Kontinenten. Im Jahr 2024 belief sich der Umsatz (P&L) von imec auf insgesamt 1,034 Milliarden Euro.
– – – – –
Weiterführende Links
👉 www.imec-int.com
Foto: pixabay
