Holistische Entwicklung von vertikalen GaN Transistoren für Betriebsspannungen bis 1.7kV, Teilvorhaben: Aufbau- und Verbindungstechnik für vertikale GaN-Bauelemente und deren Ansteuerung

Description: WBG Halbleiter ermöglichen einen Effizienzgewinn in leistungselektronischen Systemen und dadurch erhebliche Energieeinsparungen. Dies ist in geringeren Durchlass- und Schaltverlusten begründet. Am größten sind dabei die Einsparpotenziale in Datencentern, gefolgt vom Industriesektor und der Erzeugung von Photovoltaikstrom, die zu einem erheblichen Anteil Bauelemente mit einer Spannungsfestigkeit von 1.2 kV benötigen. In einzelnen Applikationen wie Photovoltaikinvertern oder Traktionsinvertern für elektrische Automobile der höheren Leistungsklasse verhindert jedoch in vielen Fällen der höhere Preis die Entscheidung zugunsten der SiC-Technologie. Laterale GaN-Bauelemente sind für diese Spannungsklasse aufgrund von vielfältigen technologischen Schwierigkeiten problematisch. Leistungselektronik auf der Basis von vertikalen GaN-Bauteilen auf GaN-Substraten bietet das Potenzial einer hohen Effizienz im Spannungsbereich von 750V bis 1.7kV zu moderaten Kosten und adressieren die vorgenannten Sektoren mit dem höchsten Einsparpotenzial. Der Schwerpunkt in HoverGaN liegt auf der GaN FinFET-Architektur. Sie kommt ohne zusätzliche pn-Übergänge im aktiven Gebiet aus und weist dadurch einen vergleichsweise einfachen, vertikalen Aufbau der Epitaxieschichten auf. Ziel von HoverGaN ist es, das volle Potenzial des Halbleitermaterials GaN für Leistungsanwendungen nutzbar zu machen. Dies soll durch die Erforschung der neuen Transistorarchitektur erfolgen mit dem Ziel, leistungsfähige Transistoren mit niedrigen statischen und dynamischen Verlusten und hoher Spannungsfestigkeit auf defektarmen GaN Substraten zu demonstrieren. Die Wertschöpfungskette erstreckt sich von der Technologie der Substratherstellung und Epitaxie, die Entwicklung eines innovativen Bauelementkonzepts und von zielgerichteten Charakterisierungsmethoden hin zu einer zugeschnittener Aufbau- und Verbindungtechnik und optimierten Ansteuerung. Am Ende steht die Erprobung des Konzepts.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Solarstrom ? Automobil ? Energieeinsparung ? Minderungspotenzial ? Halbleiter ?

Region: Bavaria

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Finanzielle Förderung)
• Siemens (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2022-06-01 - 2025-05-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Subproject: Packaging and interconnection technology for vertical GaN devices and their control
  Description: WBG semiconductors enable efficiency gains in power electronic systems and thus considerable energy savings. This is due to lower conduction and switching losses. The savings potential is greatest in data centers, followed by the industrial sector and the generation of photovoltaic power, which require components with a dielectric strength of 1.2 kV to a considerable extent. However, in individual applications such as photovoltaic inverters or traction inverters for electric automobiles in the higher power class, the higher price in many cases prevents the decision in favor of SiC technology. Lateral GaN devices are problematic for this voltage class due to multiple technological difficulties. Power electronics based on vertical GaN devices on GaN substrates offer the potential of high efficiency in the voltage range from 750V to 1.7kV at moderate cost and address the aforementioned sectors with the highest savings potential. The focus in HoverGaN is on the GaN FinFET architecture. It does not require additional pn junctions in the active region and thus has a comparatively simple vertical epitaxial layer structure. The goal of HoverGaN is to harness the full potential of the semiconductor material GaN for power applications. This will be done by exploring the new transistor architecture with the goal of demonstrating high-performance transistors with low static and dynamic losses and high dielectric strength on low-defect GaN substrates. The value chain extends from substrate fabrication and epitaxy technology, development of an innovative device concept and targeted characterization methods to tailored packaging and interconnect technology and optimized driving. The final step is the testing of the concept. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1129408

Status

Aktiv

Quality score

• Overall: 0.50
• Findability: 0.66

  • Title: 1.00
  • Description: 0.17
  • Identifier: false
  • Keywords: 0.80
  • Spatial: RegionIdentified (1.00)
  • Temporal: true
• Accessibility: 0.67

  • Landing page: Specific (1.00)
  • Direct access: false
  • Publicly accessible: true
• Interoperability: 0.00

  • Open file format: false
  • Media type: false
  • Machine-readable metadata: false
  • Machine-readable data: false
• Reusability: 0.67

  • License: ClearlySpecifiedAndFree (1.00)
  • Contact info: false
  • Publisher info: true

Accessed 1 times.