Interview mit Alex Lidow, EPC »Moore’s Law lebt!«

Unser Power-Spezialist Ralf Higgelke im Gespräch mit Alex Lidow (rechts), einem Pionier bei GaN-Halbleitern.
Unser Power-Spezialist Ralf Higgelke im Gespräch mit Alex Lidow (rechts), einem Pionier bei GaN-Halbleitern.

Alex Lidow, der CEO von Efficient Power Conversion (EPC), ist einer der prominentesten und leidenschaftlichsten Befürworter von Galliumnitrid. Wir sprachen mit ihm darüber, was das Mooresche Gesetz mit GaN zu tun hat, was Apple mit GaN gemeinsam hat und wie EPC seinen Kunden hilft, GaN zu nutzen.

DESIGN&ELEKTRONIK: Der Titel Ihres Vortrags auf der APEC 2017 lautete »Moore’s Law is Alive with GaN«. Was hat das Mooresche Gesetz mit Galliumnitrid zu tun?

Alex Lidow: Viele Leute denken, das Moore­sche Gesetz sage einfach aus, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip alle paar Jahre verdoppelt. Aber dieses Gesetz war mehr. Es war ein quasi ein gesellschaftlicher Vertrag zwischen Produktdesignern und Halbleiterherstellern, jedes Jahr mehr Performance zu niedrigeren Kosten auf den Tisch zu bringen. Und aus diesem Grund konnten Designer ihre Produkte über Jahre hinweg parallel zu den Halbleitern entwickeln. Nehmen wir als Beispiel Laptops. Deren Designer konnten ein neues Produkt entwickeln in der festen Gewissheit, dass ein bestimmter Speicher verfügbar sein würde, wenn der Laptop in Produktion geht.

Das war viele Jahre lang so bis etwa 2010 oder 2012, als das Mooresche Gesetz schließlich zu seinem Ende kam – nicht unbedingt in Bezug auf Transistoren pro Chip, sondern in Bezug auf Performance und Kosten. Die Leute mussten sich zwischen höhere Performance ODER niedrigerem Preis entscheiden. Dadurch verlangsamte sich die ganze Industrie, denn die Leute wussten nicht, welche Auswirkungen ihre Wahl für die Zukunft haben würde. So begannen sie mit ihrer Produktentwicklung erst nach der Halbleiterentwicklung. Und dieser serielle Prozess verlangsamte die Innovation.

Das gleiche gilt für die Leistungswandlung. Bei den Silizium-MOSFETs gab es Jahr für Jahr mehr Performance zu einem niedrigeren Preis. Aber etwa zwischen den Jahr 2000 und 2005 wurde daraus ebenfalls ein entweder mehr Performance oder niedrigerer Preis. Das verlangsamte die Industrie neuerlich. Zudem konnten zu dieser Zeit viele Unternehmen ähnliche MOSFETs und IGBTs produzieren, und Innovation wurde teurer und zugleich risikoreicher. Also konsolidierte sich der Markt, es kam zu Fusionen und Übernahmen. Aber das entzog der Forschung und Entwicklung auch viele Mittel.

Aber was hat GaN mit all dem zu tun? 

Nehmen Sie das, was ich gerade gesagt habe, als Hintergrundinformation, denn jetzt kommt Galliumnitrid ins Spiel. Mit diesem Material können wir wiederum Jahr für Jahr höhere Performance zu niedrigeren Kosten liefern. Deshalb sagte ich auf der APEC, das Mooresche Gesetz lebe weiter. 

Ebenfalls auf der APEC 2017 präsentierte ihr Unternehmen EPC die fünfte Generation ihrer eGaN-FETs. In der Pressemeldung wurde dies als »Quantensprung« bezeichnet, was buchstäblich ja etwas sehr kleines ist. Aber der Schritt von Generation 4 zu Generation 5 ist in Wirklichkeit sehr groß. Bitte erzählen Sie uns mehr darüber. 

(lacht) Sie haben natürlich völlig Recht. Der »Quantensprung« ist eine typische Phrase von Marketingleuten. Tatsächlich ist unsere fünfte Generation nur noch halb so groß wie ihr Vorgänger, bei doppelter Performance und zu geringeren Kosten. Die sechste Generation ist bereits in der Entwicklung und soll im vierten Quartal 2018 veröffentlicht werden. Und überlegen Sie einmal, dass unsere fünfte Generation zweihundert Mal von den theoretischen Grenzen entfernt ist. Es wird also noch viele Generationen geben, bis wir an den Punkt kommen, wo wir uns zwischen Performance und Preis entscheiden müssen.

Können Sie mir ein bisschen mehr erzählen, warum die GaN-Technologie noch so weit von der theoretischen Grenze weg ist? 

Unsere vierte Generation war fünfhundert Mal größer als theoretisch nötig. Warum? Nicht etwa, weil wir keine Zwei-Nanometer-Technologie hatten, sondern weil wir das elektrische Feld auf der Oberfläche des Bauteils senken mussten, damit die Elektronen nicht schnell genug wären, um von den sogenannten Traps eingefangen zu werden. Diese Art von Kristallfehlern in einem Halbleiter gleichen Meteoritenkratern. Sie sind umgeben von ein bisschen Schmutz, ähnlich einem erhöhten Kraterrand, und dann kommt ein tiefes Loch. Stellen Sie sich Elektronen als Murmeln vor. Sind sie zu schnell, rollen sie gewissermaßen über diesen Rand, fallen in das Loch und sind einfach weg. Um dies zu vermeiden, senkte man das elektrische Feld und damit die Geschwindigkeit der Elektronen. Dadurch rollen sie nicht über den erhöhten Rand, sondern werden davon abgelenkt und fallen nicht in das Loch. Deshalb ist unsere vierte Generation so groß.

Nun haben wir eine völlig neuartige Art erfunden, das Halbleitermaterial aufzuwachsen. Nicht einmal ich habe erwartet, dass dies möglich sei, aber wir haben es tatsächlich geschafft, diese Art von Fehlstellen vollständig zu beseitigen. Dadurch konnten wir in der Folge die Strukturen zusammenstauchen. Traps sind nicht mehr länger der limitierende Faktor, sondern andere Dinge, zum Beispiel die Fotolithografie oder die dielektrische Festigkeit des Oxids. Und jetzt können wir diese anderen Herausforderungen angehen und immer kleiner und kleiner werden.

Diese Art von Störstellen zu beseitigen war ein echter Durchbruch. Denn damit hatte jeder, der an Galliumnitrid arbeitete, zu kämpfen.