Forschende des Fraunhofer IAF haben einen für die Spannungsklasse von 1.200 V geeigneten GaN-Schalter (Monolithic Bidirectional Switch, MBDS) mit integrierten Freilauf-Dioden entwickelt und erfolgreich in die eigene GaN-Technologie integriert. Für die Herstellung nutzten die Forschenden die neue GaN-on-Insulator-Technik des Fraunhofer IAF: Hochisolierendes Material wie Siliziumcarbid (SiC) und Saphir wird als Trägersubstrat des GaN-Leistungshalbleiters genutzt, um die Isolation zwischen den Bauelementen zu verbessern und die Durchbruchspannung zu erhöhen.
Der MBDS sperrt Spannung und leitet Strom in zwei Richtungen, was sowohl Chipfläche spart als auch Leitverluste reduziert, da es nur eine geteilte Verarmungszone gibt. Zum Einsatz kommen kann der GaN-MBDS in netzgeführten Gleich- und Wechselrichtern für die Energieerzeugung und -speicherung sowie in elektrischen Antriebsystemen. In diesen Anwendungen ermöglicht er die Entwicklung von Systemen im Hochvoltbereich der 1.200-V-Klasse.
An Elektrofahrzeugen in dieser Spannungsklasse arbeiten Entwickler intensiv, da steigende Sperrspannungen mit deutlichen Vorteilen in der Alltagstauglichkeit einhergehen: Die Ladeleistung steigt und die Energieverluste im Betrieb sinken infolge geringerer Widerstände. Aktuell dominieren E-Autos mit 400 V den Markt, die 800-V-Technik gewinnt zunehmend Anteile. Der Sprung auf 1.200 V wirkt sich positiv auf die Langstreckentauglichkeit von E-Autos und den Nutzwert elektrischer Lastkraftwagen aus.
Der 1.200-V-GaN-MBDS mit integrierter Peripherie wird auf der PCIM 2025 zusammen mit einem neuen Einzel-Gate-GaN-HEMT als bidirektionaler Schalter im Niedervolt-Bereich für Sperrspannungen bis 48 V präsentiert. Beide Ergebnisse wurden im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts GaN4EmoBiL erzielt. (jr)
