Erste Erfolge im EU-Projekt YESvGaN

Vertikale GaN-Transistoren zu Kosten von Silizium

4. November 2022, 11:07 Uhr | Ralf Higgelke
YESvGaN
© YESvGaN

Laterale GaN-auf-Silizium-HEMTs sind mittlerweile breit am Markt verfügbar. Vertikale GaN-Leistungstransistoren, wie sie bei Silizium und Siliziumkarbid (SiC) üblich sind, bergen große Herausforderungen. Das EU-Projekt YESvGaN will daran arbeiten, und nach einem Jahr zeigen sich erste Erfolge.

Nicht weniger als vertikale GaN-Leistungstransistoren (Galliumnitrid) zu den niedrigeren Kosten der etablierten Silizium-Halbleitertechnologie ist das Ziel des YESvGaN-Konsortiums. Seit das Projekt am 1. Mai 2021 gestartet ist, hat das Konsortium, das aus 23 europäischen Partnern besteht, Fortschritte erzielt.

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Gallium Nitride, YESvGaN
Demonstrator eines vertikalen Bauelements mit FinFET-Architektur
© Eldad Bahat-Treidel / Ferdinand-Braun-Institut

Demonstratoren für vertikale Bauelemente mit FinFET-Strukturen und Schottky-Dioden, die wichtige Grundelemente für eine neuartige vertikale Folientransistortechnologie sind, wurden erfolgreich realisiert. Außerdem wurden vertikale Layer-Stacks mit einer Sperrspannung von mehr als 500 V auf Trägerwafern aus Silizium und Saphir gezüchtet. Dies ist ein wichtiger Schritt, um das Projektziel von 1200 V Sperrspannung auf kostengünstigen Silizium- oder Saphirsubstraten zu erreichen. Damit könnte für das Halbleitermaterial GaN der Markt für künftige Hochleistungsanwendungen erschlossen werden, insbesondere im Automobilbereich.

YESvGaN
Freie und unbeschädigte GaN-Folien auf einem Trägerwafer aus Silizium
© Christian Huber / Robert Bosch

Für vertikale GaN-Leistungstransistoren, bei denen der Widerstand des rückseitigen Kontakts sehr gering sein soll, ist es entscheidend, eine zuverlässige Prozesstechnologie für die GaN-Folien zu entwickeln. YESvGaN konnte solche fragilen GaN-Folien mit einer Dicke von wenigen Mikrometern und einem Durchmesser von mehreren Millimetern bruchfrei fertigen.

Neuartige Montage- und Verbindungstechniken werden für die endgültige Anwendung von vertikalen GaN-Membran-Leistungstransistoren unter extremen Bedingungen getestet. Dazu gehören Betriebstemperaturen von mehr als +250 °C. Darüber hinaus entstehen virtuelle Prototypen, um die Leistungsfähigkeit von GaN-Bauelementen in den Zielanwendungen mithilfe eines digitalen Zwillings zu bewerten.


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