RF-Energy und GaN-on-Si Wie MACOM Öfen und die Medizin revolutionieren will

GaN-on-Silicon Evaluation Board von MACOM

RF-Energy wird Mikrowellenöfen revolutionieren – und nicht nur die: »RF-Energy-Quellen ersetzen nicht nur die klobigen Magnetrone, sie ermöglichen ganz neue Anwendungen«, erklärt Markus Schäfer, Director Sales EMEA von MACOM.

Markt&Technik: Halbleitertransistoren sind jetzt in Leistungsbereiche vorgedrungen, die es möglich machen, eine der letzten Bastionen der Elektromechanik zu stürmen: die Magnetrone. Welche Vorteile bietet die Halbleitertechnik?

Markus Schäfer, MACOM: Magnetrone sind ziemlich groß und benötigen eine Spannung von mehreren kV. Halbleitersysteme begnügen sich dagegen mit 28 V. Sie sind kleiner, nehmen weniger Energie auf und lassen sich sehr gut auf die jeweils benötigte Energie einstellen, die sie genau dorthin liefern, wo sie gebraucht wird. Sie können ein Steak neben eine Kugel Eis auf die Platte im Mikrowellenofen legen und das Steak nach ihrem Geschmack zubereiten – ohne dass die Eiskugel daneben schmilzt. Die Platte muss sich auch nicht mehr drehen, wie in herkömmlichen Mikrowellenöfen, damit das Gargut im Durchschnitt die richtige Energiemenge der fest eingestellten elektromagnetischen Strahlung abbekommt. Zudem erreichen Halbleitersysteme eine sehr viel höhere Lebensdauer und sind robuster als Magnetrone.

Die Anwender müssten also mit fliegenden Fahnen zu den Halbleitersystemen wechseln?

Über die nächsten fünf Jahre soll der RF-Energy-Markt auf 1 Mrd. Dollar wachsen. Aber im Moment gibt es noch Limitationen. Das RF-Energy-System besteht ja nicht nur aus den Transistoren und Verstärkern, sondern es gehören eine Menge anderer Komponenten bis hin zu passiven Bauelementen und den Steckverbindern dazu. Alles muss aufeinander abgestimmt sein, damit die Anwender die Systeme möglichst einfach in ihre Geräte einbauen können. Sie wollen ja nicht selber zu Experten im Bereich der RF-Energy-Transistoren und der HF-Elektronik werden. Es muss also ein Ökosystem rund um RF-Energy entstehen.

Ist abzusehen, dass ein solches Ökosystem entsteht?

Dazu gibt es verschiedene Wege. Die RF-Energy-Alliance hat sich bereits etabliert, in der ganz unterschiedliche Firmen vertreten sind: von den Herstellern der Transistoren und Verstärkern über die Hersteller der ICs bis zu den Herstellern der weiteren erforderlichen Komponenten wie HF-Steckverbinder. Zudem sind die OEMs aus den verschiedenen Sektoren wie Haushaltsgeräte, Beleuchtungen, Automobiltechnik, Medizintechnik und industrielle Trocknungsgeräte dabei. Ziel der RF-Energy-Alliance ist es, Standards zu entwickeln und die Hersteller in die Lage zu versetzen, gemeinsam RF-Energy-Systeme zu realisieren, die zuverlässig sind, die Spezifikationen der Zielmärkte erfüllen, und die die OEM zu vertretbaren Kosten kaufen und einfach in ihre Geräte integrieren können. MACOM ist Gründungsmitglied der RF-Energy-Alliance.

Was kann MACOM noch tun, um den Markt anzustoßen?

Mit dem RF-Energy-Toolkit hat MACOM gerade ein Werkzeug auf den Markt gebracht, das den OEMs hilft, Solid-State-RF-Energy-Systeme in Geräte wie Mikrowellenöfen, Plasma-Beleuchtungssysteme, industrielle Heiz- und Trocknungsanlagen, in medizinisch-pharmazeutische Geräte, in Zündsysteme im Auto und einige mehr eindesignen zu können.

Welche Transistoren, die das Herz des Systems bilden, sind denn geeignet?

Bis vor kurzem kamen nur LDMOS-Transistoren in Frage, die in großer Zahl für Basisstationen entwickelt und inzwischen kosteneffektiv gefertigt werden können. Klassische GaN-Transistoren erreichen zwar einen über 10% höheren Wirkungsgrad, sind wegen ihrer geringeren Breakdown-Voltage und geringerer Arbeitstemperaturen robuster und bieten eine um den Faktor 5 bis 6 höhere Leistungsdichte. Aber sie waren bisher auch fünf- bis zehnmal so teuer wie Transistoren auf Basis etablierter Techniken.