Das Whitepaper (Autoren sind Mitarbeiter von BMW, Infineon, Bosch, Semikron Danfoss sowie der Universitäten Bremen, Chemnitz und Dortmund) analysiert den aktuellen Stand der Zuverlässigkeit von Wide-Bandgap-Halbleitern (WBG) mit Fokus auf den Einsatz in automobilen Anwendungen. Im Mittelpunkt stehen Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN), die aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften zunehmend in Leistungselektroniksystemen moderner Fahrzeuge eingesetzt werden.
Ein zentrales Ergebnis der Arbeit ist, dass etablierte Qualifikations- und Teststandards, die ursprünglich für Siliziumbauelemente entwickelt wurden, nur bedingt auf WBG-Technologien übertragbar sind. Zwar erfüllen insbesondere SiC-Komponenten bereits heute grundlegende Anforderungen an Robustheit und Lebensdauer, jedoch zeigen sich technologiespezifische Effekte, die in bestehenden Normen nicht ausreichend berücksichtigt werden. Dazu zählen unter anderem bipolare Degradation sowie Instabilitäten beim Schaltverhalten, die sich direkt auf die Langzeitzuverlässigkeit auswirken können.
Die Autoren zeigen, dass sich auch die Alterungsmechanismen von WBG-Bauelementen von denen klassischer Siliziumkomponenten6 unterscheiden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, bestehende Prüfmethoden anzupassen oder zu erweitern, um ein vergleichbares Sicherheitsniveau zu gewährleisten.
Ein weiterer Schwerpunkt des Papers liegt auf der Fertigungsreife. Während Siliziumtechnologie über Jahrzehnte optimiert wurde, befindet sich die industrielle Produktion von WBG-Bauelementen noch in einer Phase der Weiterentwicklung. Dies hat Auswirkungen auf Prozessstabilität, Ausbeute und Bauteilvariabilität. Um diesen Unsicherheiten zu begegnen, werden von den Autoren zusätzliche Screening- und Qualifizierungsverfahren diskutiert.
Das Dokument ordnet alle diese technischen Herausforderungen in den Kontext der hohen Zuverlässigkeitsanforderungen der Automobilindustrie ein. Insgesamt bietet das Whitepaper eine Bestandsaufnahme des aktuellen Entwicklungsstands und zeigt auf, in welchen Bereichen weiterer Forschungs- und Standardisierungsbedarf besteht, um WBG-Halbleiter langfristig auf das etablierte Niveau der Siliziumtechnologie zu bringen. (oe)
Zum Whitepaper (pdf, 16 Seiten)
