Wide-Band-Gap-Materialien / PCIM SiC und GaN attackieren, Silizium wehrt sich

Direkter Angriff auf Silizium...

Einen direkten Angriff auf Silizium führt Dr. Alex Lidow, CEO und einer der beiden Gründer von EPC, mit der 5. Generation seiner GaN-Leistungshalbleiter. Anders als die übrigen GaN-Pioniere und -Hersteller konzentrierte sich Dr. Lidow, der Erfinder des Trench-FET-MOSFET, von Anfang an auf High-Performance-Schalter für den Low-Voltage-Bereich unter 350 V. Und genau in diesem Segment hat er nun mit der Generation 5 die Preisparität zu herkömmlichen MOSFETs für diesen Einsatzbereich erreicht. Seine Motivation dabei: »Ich wollte mich selbst schlagen, ich wollte einen noch effizienteren Schalter als ein Trench-FET-MOSFET entwickeln und in den Markt bringen.« Für 2020 kündigt er die 6. Generation seiner Leistungshalbleiter an, die nicht nur einen Einschaltwiderstand von 11 mΩ aufweisen werden, sondern auch verschiedene integrierte Funktionen wie Driver, Current-Sensing, PWM. Generation 6 wird nach seiner Aussage auf 8-Zoll-Wafern gefertigt werden. Vor Kurzem hat EPC, wie er stolz vermeldet, auch die AEC-Q101-Zertifizierung für seine Produkte erhalten.

Für viele überraschend hat Rohm Semiconductor auf der PCIM bekannt gegeben, ab sofort beim Thema GaN mit dem kanadischen Startup GaN Systems zusammenzuarbeiten. Ziel dieser Kooperation, so Kenichi Yoshimochi, Project Leader GaN Device Project Power Device Production Headquarters bei Rohm Semiconductor, und Larry Spaziani, Vice President Sales & Marketing und General Manager bei GaN Systems, »eine fortlaufende gemeinsame Weiterentwicklung der GaN-Aktivitäten«. Für GaN Systems bedeutet diese Kooperation, dass es die umfassende Präsenz Rohms im Halbleiterbereich nutzen kann und von den beträchtlichen Ressourcen des japanischen Unternehmens im Hinblick auf die Entwicklung und Herstellung von Elektronikkomponenten zugreifen kann. Beide Unternehmen haben vereinbart, »gemeinsam form-, fit- und funktionskompatible Produkte zu entwickeln, die sowohl in den GaNPX-Gehäusen von GaN-Systems als auch in den traditionellen Leistungshalbleitergehäusen von Rohm zum Einsatz kommen können«.

Ob diese Kooperation eine erste Stufe zu einer möglichen Übernahme von GaN Systems durch Rohm darstellen soll, die es Rohm Semiconductor in Zukunft ermöglicht, ein komplettes Spektrum von Wide-Band-Gap-Leistungshalbleiter-Produkten anzubieten, wollten beide Seiten nicht beantworten. Frédéric Dupont, President und CEO von Exagan, nutzte die PCIM, um einige Demonstratoren zu zeigen, die deutlich machen, welche Möglichkeiten die G-FET- und G-Drive-Produkte des Unternehmens bei der Realisierung sehr kompakter und effizienter Elektronik-Designs bieten. G-Drive kombiniert dabei einen GaN-Leistungshalbleiter-Transistor mit einem integrierten Treiber in einem Gehäuse – Produkte, die etwa den Weg zur Realisierung sehr kompakter 45- bis 65-W-Ladegeräte für USB-3.0-Anwendungen bieten. Welche Möglichkeiten alleine USB-Type-C-Applikationen bieten, machen aktuelle Zahlen des Marktforschungsinstituts IHS Markit deutlich, sie sprechen von 5 Milliarden Applikationen im Jahr 2021.

Bei aller Begeisterung für die Pläne der Wide-Band-Gap-Pioniere: Dass sie nun mit Macht auf zunehmende Preiskompatibilität zu Silizium-Produkten drängen, hat vor allem damit zu tun, dass die Hersteller klassischer Silizium-Lösungen in den letzten Jahren intensiv daran gearbeitet haben, die Wettbewerbsfähigkeit ihrer Produkte gegenüber den Newcomern zu verbessern. Das gilt sowohl für Performance als auch Preis. Bei allen Vorteilen eines SiC- oder GaN-Leistungshalbleiters dürfte es schwierig sein, in preissensitiven Bereichen gegen einen auf einem 12-Zoll-Dünnschicht-Wafer gefertigten Silizium-Leistungshalbleiter anzukommen.

Wie man seine Vorteile ausspielen kann, zeigte etwa das »1.1-Milliarden-Startup« Nexperia auf der Messe mit der Vorstellung zweier neuer Superjunction-MOSFET-Familien. So weisen die AEC-Q101-qualifizierten MOSFETs des Typs BUK90R9-40 H einen Einschaltwiderstand von nur 0,9 mΩ auf, ein neuer Branchenrekord. Gleichzeitig stellen die MOSFETs mit einer Strombelastbarkeit von 220 A in einem Power-SO8-Gehäuse einen neuen Rekord für Typen in der Automobilanwendungen auf.