GaN-Transistoren für den Markt
Die Überlegenheit von GaN rührt von seinen einzigartigen Material- und elektronischen Eigenschaften, die es attraktiv für elektronische und optoelektronische Anwendungen macht. Zusätzlich zum Betrieb bei höheren Spannungen und Strömen ist die Schaltfähigkeit von GaN-Transistoren bis zu 10mal schneller als die von ihren Silicium-Äquivalenten. Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit auf GaN-Basis weisen außerdem eine Verbesserung der bei Mikrowellenfrequenzen erzeugten Leistungsdichte um das Zehnfache auf. Während die erreichte Leistung ein enormes Potenzial für GaN in einer Vielzahl von Anwendungen zeigt, haben GaN-Geräte die vorhandenen Technologien noch nicht ersetzt. Verbleibende technische Probleme, etwa bei den Elektronenfallen, müssen erst noch einheitlich gelöst werden. Gestützt auf die Forschungsmittel von III-V lab in Frankreich nutzten die EU-finanzierten Forscher modernste Ausrüstung, um den Ursprung und die physikalischen Mechanismen von Falleneffekten zu verstehen. Im Rahmen des Projekts ELEGAN ("Advanced characterisation of electronic properties of gallium nitride based devices") stellten sie fest, dass der Einfluss von Fallen in Transistoren, die bei hohen Frequenzen arbeiten, größer ist. In Transistoren mit dünnen Schichten aus GaN, die auf anderen Materialien wie Siliziumnitrid gezüchtet wurden, wurde der Drainstrom infolge der Falleneffekte signifikant reduziert. Letzlich beeinflusste der sogenannte Stromzusammenbruch zusammen mit Spannungsschwankungen die Ausgangsleistung. Auf Basis der Ergebnisse aus dem ELEGAN-Projekt stellten die Partner GaN-basierte Leistungstransistoren mit selbstsperrendem Betrieb her. Der selbstsperrende Betrieb war für die erste industrielle Erzeugung von Elektrofahrzeugen im Rahmen des Projekts E3CAR ("Nanoelectronics for an energy-efficient electric car") ausdrückklich gewünscht. Darüber hinaus erreichten die entwickelten Transistoren den größten jemals nachgewiesenen Drainstrom. GaN-basierte Transistoren konnten nicht nur die erforderlichen Eigenschaften für die fortschrittlichen Designs von E3CAR aufweisen. ELEGAN zeigte außerdem, dass Möglichkeiten für eine baldige Marktdurchdringung von GaN bestehen, was aufregende neue Aussichten für die europäische Halbleiterindustrie bietet.
Schlüsselbegriffe
Transistoren, Elektronik, Galliumnitrid, Silizium, Elektroauto
