Interview mit Paul Kierstead von Cree »Ab 600 Volt ist Siliziumkarbid klar im Vorteil«

Paul Kierstead, Marketingleiter für Siliziumcarbid-Leistungs-Bausteine bei Cree: »Was in der Diskussion fehlt, ist, dass Siliziumcarbid für Leistungs-Halbleiter bereits in den Jahren 2001 und 2002 aufkam. Galliumnitrid kam erst später.«
Paul Kierstead, Marketingleiter für Siliziumkarbid-Leistungs-Bausteine bei Cree: »Was in der Diskussion fehlt, ist, dass Siliziumcarbid für Leistungs-Halbleiter bereits in den Jahren 2001 und 2002 aufkam. Galliumnitrid kam erst später.«

Die Diskussion um Siliziumkarbid und Galliumnitrid ist entbrannt. Doch welches Material eignet sich für welche Applikation? Die Elektronik sprach mit Paul Kierstead von Cree über die Zukunft der beiden Materialien.

Herr Kierstead, Cree verarbeitet sowohl Siliziumkarbid als auch Galliumnitrid. Welches Material nutzen Sie für welche Applikation?

Paul Kierstead: Man kann sagen, der Ursprung von Cree liegt in dieser Frage. Das Unternehmen war bei der Entwicklung von Siliziumkarbid-Wafern in vorderster Reihe dabei und produziert mehr als 90 Prozent der weltweit benötigten Siliziumkarbid-Wafer. Für Galliumnitrid gibt es noch keine Wafer, das Material benötigt ein Fremdsubstrat. Beide Materialen bringen gewisse Vorteile gegenüber Silizium mit sich: eine große elektronische Bandgap und eine hohe Leistungsdichte. Siliziumkarbid hat den Vorteil, Wärme schnell aus dem Bauteil abzuleiten, daher war die Entscheidung schnell zugunsten von Siliziumkarbid als Substrat gefallen. Es bleibt nur noch die Frage, ob Galliumnitrid oder Siliziumkarbid als epitaktische Schicht auf das Substrat aufzuwachsen ist.
Die beiden Materialien zu betrachten, heißt jedoch, zwei Märkte zu betrachten: zum einen den für Leistungs-Halbleiter, zum anderen den für Bausteine für Hochfrequenz-Anwendungen. Galliumnitrid hat gute Voraussetzungen sowohl für HF-Applikationen als auch im Bereich der Leistungselektronik.

Wie hat Cree sich entschieden?

Kierstead: Natürlich war sowohl für den Leistungs- als auch für den Hochfrequenz-Markt im Bereich der Hochspannung aufgrund der Vorteile schnell die Entscheidung gegen Silizium und für Galliumnitrid und Siliziumkarbid gefallen. In Experimenten wurde untersucht, wie sich Galliumnitrid auf Siliziumkarbid-Substrat als Leistungs-Baustein macht. Für Hochspannungs-Anwendungen war schnell klar, dass Galliumnitrid gegenüber Siliziumkarbid eine zu hohe Fehlerrate aufwies. Im Niederspannungsbereich verhält es sich anders herum: Hier ist die Ausfallrate von Siliziumkarbid höher als die von Galliumnitrid. So ist bei Cree schon früh die Entscheidung gefallen, Siliziumkarbid als Schicht epitaktisch auf Siliziumkarbid-Wafer aufzuwachsen - zumindest für Leistungs-Halbleiter über 600 Volt.
Für Hochfrequenz-Anwendungen macht der Unterschied in der Leistungsdichte Galliumnitrid zur ersten Wahl. Cree stellt daher sowohl LEDs als auch HF-Bausteine mit Galliumnitrid auf Siliziumkarbid und Leistungs-Bausteine mit Siliziumkarbid-Epitaxie auf Siliziumkarbid-Substrat her.

Wie sehen Sie die Diskussion darüber, welches Material besser ist?

Kierstead: Was in der Diskussion fehlt, ist, dass Siliziumkarbid für Leistungs-Halbleiter bereits in den Jahren 2001 und 2002 aufkam. Wirklich zu wachsen begann der Markt erst in den Jahren 2005 und 2006. Für die meisten Technologien war 2009 ein Jahr des Abschwungs, nur der Markt für Siliziumkarbid-Leisungs-Bausteine ist aufgrund der gestiegenen Nachfrage aus dem Bereich Solar gestiegen - und der Trend geht weiter. Die Diskussion um Galliumnitrid hat erst viel später angefangen.

Also ist für Siliziumkarbid der Solar-Markt der mit dem größten Wachstum?

Kierstead: Zwei Märkte beschäftigen uns jetzt: Im Bereich um 600 Volt ist die Stromversorgung im High-End-Bereich von Bedeutung. Der Wechselrichterkreis war schon immer ein schwieriger Markt für Silizium. Vor allem die Boost-Diode weist hohe Verluste auf, die mit Siliziumkarbid verhindert werden können. Die Anwendung ist natürlich ein Massengeschäft. Die Europäische Gemeinschaft hat mit dem Energy-Star-Projekt eine Gütekennzeichnung für stromsparende Bürogeräte ins Leben gerufen, die jede umweltbewusste Firma erfüllen sollte. Es gibt hier verschiedene Stufen: Bronze, Silber, Gold und Platin. Natürlich geht die Nachfrage hier zurück bis zur Stromversorgung. Siliziumkarbid ist hier der einfachste Weg, das Silber-Level zu erhalten, ohne den Stromkreis oder andere Bauteile auszutauschen, um den Wirkungsgrad zu steigern. Dieser Markt steigt im Jahr 2010 enorm an.
Zeitgleich bekam Green Energy mehr Aufmerksamkeit: Solar wächst stark, vor allem der Inverter-Markt. Dabei handelt es sich in erster Linie um einen europäischen Markt mit 1200-V-Bauteilen. Auch dieser Markt wächst stetig weiter.