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Bild: Fraunhofer IAF Leistungsbauteile und Powermodule Galliumnitrid – ein Halbleitermaterial, das es in sich hat. Es soll für erheblich höhere Taktfrequenzen in der entsprechenden Applikation sorgen. wirklich zur Verfügung stellen kann. Eine zu frühe Markteinführung von Galliumnitrid-Produkten stellt unter Umständen ein Problem dar und kann zum Imageverlust der entsprechenden Technologie führen. Cree sieht den zuverlässigen Einsatz von GaN auf langfristiger Ebene, allerdings nicht in einem breiten Einsatzgebiet, sondern für Spezialanwendungen. Erich Niklas ’ Einschätzung: „Galliumnitrid wird in fünf Jahren bei einem Marktanteil von ein bis zwei Prozent liegen, wenn überhaupt. Silizium wird meines Erachtens nicht aussterben, dazu ist der Fortschritt in dieser Technologie zu groß.“ Momentan werden etwa 14 Milliarden US-Dollar im Leistungselektroniksegment bewegt; davon nimmt Siliziumkarbid etwa ein Prozent ein. GaN liegt erheblich darunter. Für ST Microelectronics steht fest: In fünf bis sieben Jahren wird ein GaN-Mosfet auf dem gleichen Level sein wie ein Siliziumbaustein. Begründung: Bei einem GaN-on-Si-Mosfet lässt sich nahezu das gleiche Equipment zur Herstellung nutzen wie für einen Siliziummosfet. Der erneuten Frage nach den Kosten, erteilt Dr. Quay eine Abfuhr: „Wenn außer, dass eine andere Materialschicht nötig ist, nichts geändert werden muss und dafür erhält man eine erheblich bessere Performance, dann sollte die Frage nach den Kosten eigentlich beantwortet sein.“ Schließlich sind durchaus Appli kationen denkbar, bei denen Kompaktheit und Leistungsdichte eine Rolle spielen. „Hype oder Chance – ich sehe eindeutig die Chance“, schließt er. Die Materialbasis betrachten Das gilt auf der anderen Seite genauso für Siliziumkarbid. Allerdings ist auch an dieser Stelle das Kostenthema signi� kant, das vielleicht das entscheidende Quäntchen Pro oder Kontra für die eine oder die andere Technologie gibt. Eine Aussage darüber zu tre� en, wie sich 6-Zoll-SiC-Wafer im Vergleich zu einem 6-Zoll- GaN-on-Si-Wafer entwickeln, verdient zum gegenwärtigen Zeitpunkt wohl eher die Bezeichnung Educated Guess. Wie sieht es mit der Materialbasis aus? Bei Galliumnitrid entwickelt jeder Hersteller seine eigene Materialbasis und sein eigenes Verfahren, was letztendlich zu unterschiedlichen Prozessen führt. Interessant ist auch die Frage nach der Schnittstelle. Beispielsweise bietet Aixtron, Anlagenhersteller für die Halbleiterindustrie, Templates lediglich mit einer Pu� erschicht. Darauf wird anschließend die aktive Schicht aufgetragen. Für GaN spricht der Fakt, dass trotz komple- Infokasten Mut zur Vorreiterposition International Rectifi er und EPC haben im Niederspannungsbereich bereits erste GaN-Produkte auf den Markt gebracht und zumindest IR will laut eigener Roadmap Ende 2011 einen 600 Volt GaN-on-Si-Baustein vorstellen. Warum hat sich IR für GaN trotz eines gewissen Risikos entschieden? Dazu Tim McDonald , Vice President Emerging Technologies Group: „Die Anforderungen kommerziell nutzbare und hochwertige GaN-on-Si-Bausteine zu produzieren waren hoch, wir mussten viel Geld und Zeit investieren. IR arbeitet an der GaNpowIR- Plattform bereits seit sieben Jahren. Aus unserer Sicht nähert sich das Leistungsvermögen von Silizium seinem Ende. Damit ist die Zeit für eine neue Lösung gekommen. Wir haben, wie gesagt, vor sieben Jahren den Grundstein gelegt und ernten langsam den Lohn für unsere Mühe.“ Warum GaN und nicht SiC? „Siliziumkarbid wird seinen Platz im Markt einnehmen, aus unserer Sicht im Bereich über 1200 Volt. Wir konzentrieren uns auf Applikationen im Bereich von 20 bis 1200 Volt und halten hier GaN für die leistungsstärkere Technologie.“ xer Struktur die Vorteile eines sehr sauberen Substrats ausgespielt werden können. Ausfl ug in die HF-Technologie Der Hochfrequenzmarkt ist im Vergleich zum Leistungselektronikmarkt wesentlich kleiner, aber sicherlich nicht uninteressant: Hier kommt Galliumnitrid bereits seit längerem zum Einsatz. „Wir verwenden GaN-auf-Siliziumkarbid“, gibt Klaus Beilenho� von UMS einen kurzen Einblick und erklärt: „In unserem Bereich steht die Performance an erster Stelle, erst danach werden die Kosten betrachtet.“ Die Kombination GaN-on-SiC wäre in der Leistungselektronik derzeit wirtscha� licher Selbstmord. Für Hersteller der beiden Halbleitermaterialien bedeutet das konkret, dass sie sich eine Nische suchen müssen, die sich dann vergrößert, bis man zur Volumenproduktion vorstößt, und sich im Ende� ekt die Kosten senken lassen. Auch im HF-Umfeld sind hohe Stückzahlen vonnöten, damit sich die Technologie lohnt. Was lässt sich daraus für die Leistungselektronik entnehmen? „Das � ema GaN/SiC muss gesellscha� liche Relevanz bekommen“, erwartet Klaus Beilenho� . Heißt: Wenn es eine Applikation gibt, für die Galliumnitrid oder Siliziumkarbid prädestiniert ist und der gesellscha� liche Drive sozusagen ins Fahren kommt, können die Technologien massiv vorangetrieben werden. „E-Mobility kann ich mir hier gut vorstellen“, meint der UMS-Experte. Problematik: „Solange es keine entsprechende Gesetzgebung gibt, gibt es auch keine hohen Stückzahlen“, schränkt Mustafa Dinc ein. Fazit In der Leistungselektronik hat im Zuge von � emen, wie Energiee� zienz und Nachhaltigkeit die Reise hin zu Galliumnitrid und Siliziumkarbid begonnen. Allerdings geht sie noch sehr langsamen Schrittes vonstatten. GaN und SiC stellen zwar langfristig die Leistungshalbleitermaterialien der Zukun� dar, bisher sind allerdings die Gesamtsystemkosten zu hoch. Wann der endgültige Durchbruch kommen wird, kann derzeit noch niemand prognostizieren. Darüber hinaus ist anzumerken, dass Silizium noch längst kein altes Eisen ist – im Gegenteil. Man kann also abschließend sagen: Es wird eine Koexistenz beider Technologien geben und ab dem 600-Volt-Bereich ist Silizium nach wie vor nicht nur mit von der Partie, sondern zumindest aus Kostengründen noch in der Poleposition zu � nden. ■ 20 <strong>elektronikJOURNAL</strong> 02 / 2011 www.elektronikjournal.com
88dB SFDR bei 100MHz Mit einer Eingangs-Rauschdichte von 1,1nV/√Hz und einem SFDR von 88dB bei 100MHz ermöglicht der LTC ® 6409, dass Ihr High-Speed-A/D-Wandler eine außerordentliche Performance erreicht. Sein Eingangs-Gleichtaktbereich umfasst Masse, und sein Ausgangs-Gleichtaktbereich kann auf nur 0,5V eingestellt werden, was den LTC6409 zur idealen Wahl beim Liefern von AC- oder DC-gekoppelten Signalen an die neuesten 1,8V-Datenwandler macht. Der LTC6409 ist über den Temperaturbereich von -40°C bis 125°C vollständig spezifiziert, in einem winzigen 3mm x 2mm QFN-Gehäuse erhältlich und kombiniert eine ausgezeichnete AC-Performance mit Flexibilität, Robustheit und minimalem Platzbedarf. Eigenschaften • Stabil bei Verstärkung Eins • 1,1nV/√Hz Eingangs-Rauschdichte • 10GHz GBW bei 100MHz • DC- oder AC-gekoppelte Eingänge • 0,5V bis 3,5V VOCM • Von -40°C bis 125°C vollständig spezifiziert • Winziges 3mm x 2mm QFN-Gehäuse Linear Technology GmbH +49-(0)89-9624550 Distributoren Deutschland Arrow +49-(0)6103-3040 Farnell InOne +49-(0)89-61393939 Nu Horizons +49-(0)89-92333450 Setron +49-(0)531-80980 0.9V Output Common-Mode Set LTC6409 Nutzen Sie das volle Potenzial Ihres High-Speed-A/D-Wandlers Part Number LTC6409 LTC6406 LTC6404-1 LTC6400-20 LTC6416 1.8V LPF LTC2262-14 Differenz-A/D-Wandler-Treiber Info & kostenlose Muster 80dBc HD2/HD3 (MHz) 110 30 15 120 90 Input Referred Noise (nV/ Hz) 1.1 1.6 1.5 1.9 1.8 Voltage Gain R-set R-set R-set 20dB 0dB www.linear.com/6409 Tel.: +49 (0)89 / 96 24 55-0 Fax: +49 (0)89 / 96 31 47 www.linear.com/ampsflyer , LT, LTC, LTM, Linear Technology und das Linear-Logo sind eingetragene Warenzeichen der Linear Technology Corporation. Alle anderen Warenzeichen sind das Eigentum ihrer jeweiligen Besitzer. Distributoren Österreich Arrow +43-(0)1-360460 Farnell InOne +43-(0)662-2180680 Nu Horizons +49-(0)89-92333450 Schweiz Arrow Zürich +41-(0)44-8176262 Farnell +41-(0)44-2046464 Nu Horizons +49-(0)89-92333450
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