Leistungshalbleiter der Zukunft: AIXTRON ist Partner im EU-Forschungsprojekt „UltimateGaN“

UltimateGaN zählt mit einem Volumen von 48 Millionen Euro zu einem der größten aktuellen europäischen Forschungsvorhaben im Bereich der Halbleiterentwicklung. Die Finanzierung setzt sich aus Investitionen der Industrie, Förderungen der einzelnen beteiligten Länder sowie dem ECSEL Joint Undertaking (Electronic Components and Systems for European Leadership) zusammen.

Effiziente Energienutzung für den Klimaschutz

Der weltweite Energiebedarf steigt – immer mehr Anwendungen des täglichen Lebens werden digitalisiert und elektrische Fahrzeuge drängen verstärkt in den Massenmarkt. Energiesparchips aus neuen Materialien wie Galliumnitrid spielen eine entscheidende Rolle, den Strom weitaus effizienter zu wandeln als bisher. Dadurch wird Energie eingespart und der CO₂-Fußabdruck minimiert.

„Energieeffizienz ist weltweit einer der wichtigsten Faktoren zur Reduktion der Nutzung knapper Energieressourcen. Mit der Entwicklung intelligenter Technologien leisten wir einen zentralen Beitrag zur globalen Herausforderung des Klimawandels. Neue Materialien und effiziente Chiplösungen spielen dabei eine Schlüsselrolle. Mit diesem Forschungsprojekt schaffen wir die Voraussetzung, innovative Energiesparchips für viele zukunftsrelevante Alltagsanwendungen verfügbar zu machen“, sagt Dr. Felix Grawert, Vorstand der AIXTRON SE.

„Halbleiterprodukte aus Galliumnitrid revolutionieren die Energienutzung auf vielen Ebenen“, erklärt Prof. Dr. Michael Heuken, Vice President Research & Development der AIXTRON SE. “Das Forschungsprojekt eröffnet ein enormes globales Marktpotenzial. Es ermöglicht mehr Leistung sowie mehr Effizienz in einer Vielzahl von Anwendungen und verbessert den Nutzerkomfort deutlich. Effizienter Betrieb von Servern und Datenzentren, schnelles und drahtloses Laden von Smartphones, Datenaustausch zwischen Maschinen in Echtzeit oder blitzschnelles Videostreamen werden dadurch Realität.“

UltimateGaN – kleinere, energieeffiziente Chips zu marktfähigen Kosten

Ziel von UltimateGaN ist es, innovative Leistungs- und Hochfrequenzelektronik aus Galliumnitrid zu entwickeln. Dazu bringt AIXTRON seine Kompetenz als Ausrüster der Halbleiterindustrie und in der Herstellung des Materials Galliumnitrid in das Forschungsprojekt ein: Die Produktion qualitativ hochwertiger Wafer im MOCVD-Verfahren (Metalorganic Chemical Vapor Deposition), aus denen im nächsten Fertigungsschritt die Chips für die weiteren Forschungen geschnitten werden, erfolgt auf AIXTRON-Anlagen im Infineon-Werk in Villach (Österreich).

Material- und prozesstechnisch geht man in der Forschung nun einen Schritt weiter, um die nächste Generation dieser hocheffizienten Energiesparchips für den Massenmarkt zu erschließen: Im Fokus steht eine weitere Miniaturisierung sowie die Bereitstellung dieser Chips in hoher Qualität und zu global wettbewerbsfähigen Kosten. Durch die speziellen Materialeigenschaften von GaN werden höhere Leistungsdichten möglich. Dies ermöglicht kleinere und effizientere Schaltungsentwürfe, die den Strom weitaus effizienter schalten sowie höhere Datenraten schneller übertragen können. Das resultiert in einer deutlichen Senkung des Energieverbrauchs: Stromverluste werden bis zur Hälfte reduziert.

Erneuerbare Energie, Elektromobilität und schnellerer Datentransfer profitieren

Von den Energiesparchips werden viele Anwendungen profitieren, in denen es um einen geringen Energieverbrauch, kompaktere Baugrößen sowie um einen schnellen Datenaustausch geht. Die Energieeffizienz von Hochleistungs-Servern und anderen Geräten der IT-Infrastruktur bekommt mit dem Forschungsprojekt einen neuen Schub: die Verlustleistung wird durch die höhere Schalteffizienz von Galliumnitrid (GaN) Leistungsbauelementen signifikant reduziert. Damit sinken Stromverbrauch und CO2-Emissionen. Auch der neue 5G Mobilfunkstandard und beispielsweise das ultraschnelle Laden von Videos wird genauso unterstützt, wie eine Verkehrsflusssteuerung in Echtzeit beim autonomen Fahren oder – Stichwort Industrie 4.0 – das reibungslose Kommunizieren zwischen Maschinen.

„Mit dem Projekt UltimateGaN leisten die Projektpartner einen wesentlichen Beitrag zum Erreichen der globalen Klimaziele und für die Mobilfunktechnologie der nächsten Generation“, sagt Dr. Felix Grawert, Vorstand der AIXTRON SE.

Forschungsschwerpunkte über die gesamte Wertschöpfungskette

Gerade bei der Miniaturisierung der GaN-Chips sind das kompakte, kleine Design und die komplexe Verbindungs- und Gehäusetechnik besonders herausfordernd. Es gilt, hohe Stromdichten, die Wirkung elektrischer Felder, Materialbelastungen und -stabilitäten zu beachten. Die Forschungen verfolgen daher einen ganzheitlichen Ansatz über die gesamte Wertschöpfungskette – von der Prozessentwicklung, dem Design, Aufbau- und Verbindungstechnologien bis hin zur integrierten Systemlösung. Dementsprechend breit ist auch das Konsortium mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft aufgestellt.

Über UltimateGaN
Europa vereint – 26 Partner aus neun Ländern forschen gemeinsam. Österreich: Austria Technologie & Systemtechnik AG, Infineon Technologies Austria AG, Fronius International GmbH, CTR Carinthian Tech Research AG, Technische Universität Graz | Belgien: IMEC | Deutschland: AIXTRON SE, Infineon Technologies AG, Siltronic AG, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Technische Universität Chemnitz,
NaMLab GmbH | Italien: Università degli studi di Padova, Infineon Technologies Italia, Universita di Milano Bicocca | Norwegen: Eltek AS | Slowakei: Slovak University of Technology in Bratislava, Nano Design SRO | Schweiz: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL, Attolight SA | Spanien: IKERLAN, For Optimal Renewable Energy, LEAR | Schweden: RISE Research Institutes of Sweden AB, SweGaN AB

Das Projekt wurde vom gemeinsamen Unternehmen ECSEL (JU) im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 826392 finanziert. Das gemeinsame Unternehmen (JU) wird vom Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union Horizon 2020 sowie von Österreich, Belgien, Deutschland, Italien, Slowakei, Spanien, Schweden, Norwegen und der Schweiz unterstützt.

Weitere Informationen über UltimateGaN sind unter www.ultimategan.eu verfügbar.

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