Leistungshalbleiter / Galliumnitrid

Nun startet auch Nexperia ins GaN-Zeitalter

25. November 2019, 9:30 Uhr | Ralf Higgelke

Den GAN063-650WSA hat Nexperia speziell für die Märkte Automotive, Kommunikationsinfrastruktur und Industrie entwickelt.

Nach zehnjähriger Entwicklungszeit startet Nexperia mit einem 60-mΩ-HEMT seine Serie an GaN-on-Si-Transistoren. Zielmarkt für die für 650-V-Bauteile sind Elektro- und Hybridfahrzeuge.

GAN063-650WSA heißt das erste marktreife Produkt in einem Portfolio von GaN-Bauteilen von Nexperia, um die Automobil-, Telekom-Infrastruktur- und Industriemärkte anzusprechen. Der Baustein mit 650 V Sperrspannung und einem R_DS(on) von 60 mΩ arbeitet mit einer Gate-Source-Spannung (U_GS) von ±20 V und in einem Temperaturbereich von –55 °C bis +175 °C.

Der GaN-auf-Silizium-Prozess sei nach eigenem Bekunden stabil und ausgereift, mit bewährter Qualität und Zuverlässigkeit. Zudem sei er skalierbar, da sich solche Wafer in vorhandenen Silizium-Fabs prozessieren lassen. Darüber hinaus ist dieses Bauelement im Standardgehäuse TO-247 erhältlich. Dadurch sollen Kunden von der außergewöhnlichen Performance von GaN in einem vertrauten Gehäuse profitieren können.

Toni Versluijs, General Manager der MOS Business Group bei Nexperia, bemerkte: »Dies ist ein strategischer Schritt für uns in den Hochspannungsbereich. Wir können nun eine Technologie liefern, die sich für Leistungsanwendungen im xEV-Bereich eignet. Der Automobilsektor ist ein Schwerpunkt von Nexperia. Dieser wird voraussichtlich zwei Jahrzehnte lang deutlich wachsen, da Elektrofahrzeuge die von Verbrennungsmotoren angetriebenen Fahrzeuge als bevorzugtes Fortbewegungsmittel im privaten und öffentlichen Bereich ersetzen werden.«

Herausforderungen von GaN-on-Si meistern

Nach eigener Aussage begann Nexperia vor fast zehn Jahren – damals noch Teil von NXP –, das Potenzial von GaN zu untersuchen. Natürlich waren bis zur Marktreife einige Herausforderungen zu meistern. Erstens sind Verbindungshalbleiter aus fertigungstechnischer Sicht in der Regel teuer zu verarbeiten. Um normale Wafer-Fabs mit 150-mm-Ausrüstung (6 Zoll) im Front-End nutzen zu können, war es entscheidend, dicke GaN-Schichten auf großen Siliziumsubstraten epitaktisch abscheiden zu können. Dadurch lassen sich die für eine Großserienfertigung erforderliche Skalierbarkeit und Kosten erreichen. Aus der Bauteilsicht waren Themen wie dynamischer On-Widerstand anzugehen, um die von den Kunden gewünschte Performance zu erreichen.

Natürlich muss bei der Massenfertigung jedes einzelne Produkt seine Leistungsmerkmale zuverlässig erfüllen. Daher hat Nexperia die Tests, die üblicherweise bei Automotive-MOSFET angewendet AEC-Q101-Anforderungen für wichtige Zuverlässigkeitstests in diesem speziellen Fall verdoppelt. Das bedeutet, dass die Bauteilentwickler viel Zeit damit verbracht haben, die GaN-Bauelemente immer wieder zu testen. Ziel war es sicherzustellen, dass sie über ihre gesamte Lebensdauer zuverlässig funktionieren.

Schließlich war es wichtig, den eigentlichen Nutzen von GaN-on-Si-Transistoren aus der Perspektive von Anwendung und Topologie zu verstehen. Nexperia charakterisierte dazu die Komponenten, um zu verstehen, wie sie sich in verschiedenen Topologien verhalten würden. Dadurch konnte das Unternehmen das Verständnis und die Erfahrung aufbauen, um Kunden zu unterstützen und sicherzustellen, dass GaN-on-Si zu einer etablierten Technologie für Leistungshalbleiter wird.