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Kooperation für GaN-Mikrowellen-ICs

23. März 2021, 14:29 Uhr   |  WEKA FACHMEDIEN, Newsdesk

Kooperation für GaN-Mikrowellen-ICs
© Ferdinand-Braun-Institut

REM-Aufnahme eines Galliumnitrid-MMICs

Das Ferdinand-Braun-Institut, SweGaN AB und die University of Bristol kooperieren im Rahmen des Kassiopeia-Projekts, gefördert von der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Sie bündeln ihre Expertise, um monolithisch integrierte GaN-Mikrowellenschaltungen (MMIC) für das Ka-Band zu entwickeln.

Im März ist das Kassiopeia-Projekt gestartet, um eine Wertschöpfungskette mit international führender, nur in Europa verfügbarer Technik zu etablieren. Das vom Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) geleitete Konsortialprojekt will eine vollständig unabhängige europäische Wertschöpfungskette demonstrieren, angefangen von Siliziumcarbid-Substraten (SiC), Galliumnitrid-Epitaxie, Prozessierung von GaN-Bauelementen bis hin zu mm-Wellen-Leistungsverstärkern. Zu diesem Zweck entwickeln und demonstrieren die Partner MMICs für das Ka-Band (27–40 GHz), die neuartige Epitaxie-, Prozessierungs- und Schaltungskonzepte für hocheffiziente GaN- und Aluminiumnitrid (AlN)-Bauelemente nutzen.

Das FBH bringt dabei seine industrietaugliche MMIC-Technik auf 100 mm GaN-auf-SiC-Wafern ein. »Alleinstellungsmerkmal unserer GaN-MMIC-Technologie ist die hochreproduzierbare und zuverlässige Iridium-Sputter-Gate-Technologie«, erklärt Dr. Joachim Würfl, Leiter der Abteilung Leistungselektronik und des GaN Microwave Devices Labs am FBH. »Diese Technik reduziert die dynamischen Verluste (Gate-Lagging) auf Werte, die bis zu zwei Mal geringer sind als die konkurrierender institutioneller und industrieller Technologien.«

Auch die Zuverlässigkeit der Bauelemente lässt sich damit deutlich verbessern. Zusammen mit neuen prozesstechnischen Ansätzen und Schaltungskonzepten sollen die parasitären Verluste in Ka-Band-MMICs reduziert werden. So sollen die neuen MMICs mit mehr Leistung und Zuverlässigkeit punkten. Beides ist besonders wichtig für  weltraumtaugliche Bauelemente.

SweGaN beteiligt sich mit QuanFINE, seiner einzigartigen pufferfreien Epitaxietechnik für GaN-auf-SiC-Epiwafer, und bringt sein Know-how bei der Gestaltung von Epitaxieschichten und deren Optimierung in das Projekt ein. Darüber hinaus stellt das Unternehmen selbstentwickelte halbisolierende SiC-Substrate für Untersuchungen zur Verfügung. Diese Aktivitäten werden von der Schwedischen Nationalen Raumfahrtbehörde (Rymdstyrelsen) gefördert.

Das Unternehmen SweGaN ist Anbieter von epitaktischen GaN-Wafern für Mikrowellen- und mmWellen-Transistoren mit einem besonders niedrigen thermischen Übergangswiderstand und begrenzten Trapping-Effekten – basierend auf dem proprietären pufferfreien Ansatz. Es liefert Epitaxie-Material an Hersteller von Komponenten und Geräten für die Satellitenkommunikation, Telekommunikation, Verteidigung sowie Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge, Solar-Wechselrichter und mehr. »Wir freuen uns, gemeinsam mit dem FBH und der University of Bristol an diesem von der ESA geförderten Projekt teilzunehmen«, erklärt Jr-Tai Chen, CTO von SweGaN. »Da konventionelle GaN-auf-SiC-Materialien für Ka-Band-Anwendungen noch nicht ausgereift sind, gibt es noch viel Platz für Innovationen und Verbesserungen. SweGaN wird sein revolutionäres epitaktisches Herstellungsverfahren nutzen, um diese Herausforderung zu meistern.«

Die Forschung der Universität Bristol im Projekt konzentriert sich auf direkte thermische Messungen an aktiven GaN-Transistoren. Dazu nutzt die Hochschule Mikro-Raman-Thermografie sowie fortgeschrittene Bauelement-Charakterisierungen und -Modellierungen. Dies ermöglicht kontinuierliche Rückkopplungen zu allen im Kassiopeia-Projekt geplanten Bauelemente- und Epitaxieentwicklungen.

Das Kassiopeia-Projekt wird im Rahmen des ESA ARTES Advanced Technology Programme gefördert: »European Ka-band high power solid-state technology for active antennas«.

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