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Schalter aus Galliumnitrid

Ist die Zeit reif für GaN?

29. April 2015, 9:17 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Warum wird GaN bis jetzt kaum eingesetzt?

Galliumnitrid unterscheidet sich in wichtigen Kriterien von Silizium. Die Einführung von GaN findet jedoch nur sehr langsam statt. Wie bei anderen Halbleitertechnologien, die in der Vergangenheit entwickelt wurden, dauert es gewisse Zeit, bis ein bestimmter Reifezustand erreicht wird. Bei jeder Chiptechnologie kommt es auf Einheitlichkeit und Wiederholbarkeit an. Bei Galliumnitrid ergaben sich hier in der Vergangenheit Probleme. Eine niedrige Ausbeute bei der GaN-Fertigung hat dazu geführt, dass Silizium erhebliche Kostenvorteile bot, was die Performance-Vorteile von Galliumnitrid weniger ins Gewicht fallen ließ. Silizium konnte somit seine führende Position in der Fertigung von Leistungshalbleitern halten. Die GaN-Fertigungsprozesse werden allerdings ständig verbessert, die Erträge steigen und die Zuverlässigkeit der Technologie nimmt weiter zu [2].

GaN ist in der beneidenswerten Lage, von der Fertigungsinfrastruktur zu profitieren, die bereits für Si-Bausteine etabliert ist. Durch ein paar zusätzliche einfache Prozessschritte in den gleichen Geräten lässt sich Galliumnitrid auf einen bestehenden 6- und 8-Zoll-CMOS-Fertigungsprozess für Siliziumwafer portieren. Auch eine Skalierung auf 12-Zoll-Prozesse ist möglich, sobald die Nachfrage steigt. Da die Standard-CMOS-Fertigung auf größere Wafer übertragen wird, bietet sich nun die Gelegenheit, bestehende Fertigungseinrichtungen für Siliziumchips, die sonst überflüssig würden, länger in Betrieb zu halten. Ältere Chip-Fertigungsstätten ließen somit länger betreiben, indem sie auf GaN-Prozesse umstellen. Durch diese Art der Kostensenkung ergeben sich neue Möglichkeiten für Galliumnitrid – genauso wie es für siliziumbasierte ICs in den späten 1960er und frühen 1970er Jahren der Fall war. Der Markt wird größer, sobald die Nachfrage nach GaN steigt, was zu höheren Serienstückzahlen und geringeren Stückkosten führt.

In den nächsten Jahren wird GaN nicht länger als Nischen-Halbleitertechnologie betrachtet werden, die nur in kleinen Fabs und Forschungseinrichtungen zur Anwendung kommt. Sie wird sich als wirtschaftlich rentable Lösung im großen Maße durchsetzen und Bausteine hervorbringen, die zu siliziumbasierten ICs wettbewerbsfähig sind. Seit September 2014 arbeitet ON Semiconductor mit Transphorm zusammen, um eine GaN-Technologie auf den Markt zu bringen [4]. Mit Transphorms Wissen im Bereich Galliumnitrid und ON Semiconductors Erfahrung, IP-Angebot und Fertigungsmöglichkeiten möchten beide Unternehmen Leistungselektronikbauteile der nächsten Generation bereitstellen.