Verbundprojekt: Erforschung innovativer Leistungstransistoren auf Basis des neuartigen Materialsystems Aluminiumnitrid - ForMikro-LeitBAN; Teilvorhaben: Leistungselektronik-Demonstrator

Abstract

Die rasante Entwicklung in den Bereichen Elektromobilität, Automatisierung, Energieversorgung und breitbandige Kommunikationssysteme erfordert hocheffiziente Leistungselektronik und die Miniaturisierung der eingesetzten Systeme. Transistoren basierend auf dem Ultra-Wide-Bandgap Material Aluminiumnitrid (AlN) ermöglichen gegenüber den aktuell eingesetzten Si- und GaN-Technologien erhebliche Vorteile im Leit- und Schaltverhalten, um diese Ziele zu erreichen. Das Projekt LeitBAN zielte darauf ab, das Potenzial von AlN als Halbleitermaterial für leistungselektronische und mikrowellentechnische Anwendungen umfassend in der gesamten Kette von der AlN-Kristallzüchtung und der Bereitstellung von AlN-Wafern (IISB, LEB) über die Prozessierung von AlN-basierten Transistoren (FBH) bis zu Schaltungsdemonstratoren (TUB, BTU) zu erforschen.

Die Aufgabe der Technischen Universität Berlin (TUB) bestand darin, die AlN-Transistoren für leistungselektronische Anwendungen detailliert zu charakterisieren, um ihre Eigenschaften besser zu verstehen, mögliche Schwachstellen zu identifizieren und diese Erkenntnisse in die Optimierung nachfolgender Transistorgenerationen bei den Projektpartnern einfließen zu lassen. Auf Grundlage der Charakterisierungsmessungen sollten parametrierbare Modelle der Halbleiter für die Schaltungssimulation entwickelt werden. Darüber hinaus sollten die flexibleren Möglichkeiten zur monolithischen Integration gegenüber konventionellen GaN-auf-Si-Technologien evaluiert werden. Dazu gehörten die Untersuchung von monolithisch integrierten Halbbrücken und bidirektional sperrenden Schaltern. Ein T-Type-Konverter sollte als Schaltungsdemonstrator realisiert werden, um das Potenzial der AlN-Technologie im Hinblick auf monolithische Integration und hohe Schaltfrequenzen und damit perspektivisch für hohe Leistungsdichten und Systemeffizienzen zu zeigen.