Eine neue, auf Aluminiumnitrid (AlN) basierende Halbleitertechnologie für leistungselektronische Transistoren und mmWellen-Hochfrequenzschaltungen hat das Potenzial, die Verluste bei der Umwandlung von elektrischer Energie und bei der Hochfrequenzübertragung erheblich zu verringern. Bauelemente auf einkristallinen AlN-Wafern erreichen im Vergleich zur GaN-Technologie eine höhere stabile Leistungsdichte und Effizienz. Sie zeigen zudem geringere dynamische Störeffekte und eine höhere Zuverlässigkeit. Gleichzeitig ermöglicht die hohe thermische Leitfähigkeit des AlN eine gute Entwärmung der Bauelemente.
Um die AlN-Technologie mittelfristig für die Industrie zugänglich zu machen, wurden die in Deutschland bereits vorhandenen Aktivitäten zu diesem Material in einem strategischen Cluster gebündelt. Ziel ist es, eine deutsche Wertschöpfungskette für AlN-basierte Technologie zu etablieren und eine internationale Führungsposition in diesem wirtschaftlich immer bedeutsameren Bereich aufzubauen. Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB und die Firma III/V-Reclaim PT GmbH treiben diese Aktivitäten gemeinsam voran.
Dem Konsortium ist es nun gelungen, die praktische Umsetzung der Wertschöpfungskette für AlN-Bauelemente erstmals in Deutschland und Europa erfolgreich zu demonstrieren. Die ersten damit produzierten Transistorgenerationen zeigen vielversprechende elektrische Eigenschaften, wie beispielsweise eine Durchbruchsspannung von bis zu 2200 V und eine Leistungsdichte, die jene von Bauelementen aus SiC und GaN übertrifft.
Verglichen mit etablierten Silizium-Bauelementen bieten die AlN/GaN-HEMTs, wie sie jetzt erfolgreich auf AlN-Wafern hergestellt wurden, bis zu dreitausendmal weniger Leitungsverluste als mit Silizium und sind etwa zehnmal leistungsfähiger als SiC-Bauelemente. (oe)
