EU-Projekt für robustere Elektronik zum Einsatz unter Extrembedingungen

Ein neues EU-finanziertes Projekt entwickelt neue Werkstoffe für Elektronikgeräte und -sensoren, die unter Extrembedingungen funktionieren müssen. Das MORGAN ("Materials for robust gallium nitride") genannte Drei-Jahres-Projekt wird unter dem Themenbereich Nanowissenschaften, ...

Ein neues EU-finanziertes Projekt entwickelt neue Werkstoffe für Elektronikgeräte und -sensoren, die unter Extrembedingungen funktionieren müssen. Das MORGAN ("Materials for robust gallium nitride") genannte Drei-Jahres-Projekt wird unter dem Themenbereich Nanowissenschaften, Nanotechnologien, Werkstoffe und neue Produktionstechnologien (NMP) des Siebten Rahmenprogramms (RP7) mit 9,2 Mio. EUR finanziert. Für die Herstellung neuer Werkstoffe werden sich die Projektpartner auf die kombinierten Stärken von Diamanten und Galliumnitrid (GaN) stützen.

Erwartungsgemäß funktionieren herkömmliche, elektronische Geräte und Sensoren auf Siliziumbasis unter Silizium schädigenden Bedingungen nicht gut. Zu den schädigenden Bedingungen gehören hohe Temperaturen, hohe Drücke und stark korrosive Umgebungen. Die Bedingungen können sich auch aufgrund von inneren Abläufen im Gerät wie etwa infolge von Verlustleistung unter hohen Stromflüssen als extrem erweisen.

Geräte, die unter solchen Bedingungen funktionstüchtig sein sollen, erfordern Halbleiterwerkstoffe, die bei hohen Temperaturen stabil sind, und darauf geht das MORGAN-Projekt ein. Die Projektpartner werden die besonderen Eigenschaften von Diamanten und Galliumnitrid zur Herstellung von Werkstoffen kombinieren, die unter diesen Extrembedingungen leistungsfähig bleiben. Sowohl Diamanten als auch Galliumnitrid sind außergewöhnlich haltbar (Diamant ist als einer der härtesten Werkstoffe bekannt) und können hohen Temperaturen, Strahlungen und elektrischen Feldern standhalten.

Eine weitere weniger bekannte Eigenschaft des Diamanten ist seine Wärmeleitfähigkeit, die wesentlich höher als etwa die von Kupfer ist und ihn zum idealen Wärmeverteiler in Geräten macht. "Der Diamant ist potenziell das beste Substrat für viele Hochtemperatur- oder Hochleistungsanwendungen", kommentierte Geoffrey Scarsbrook, Betriebsleiter für Forschung und Entwicklung bei Element Six Technologies im Vereinigten Königreich, einem der Projektpartner.

"Element Six wird seine Kompetenz zur Weiterentwicklung und Optimierung der Synthese und primären Verarbeitung von zusammengesetzten Silizium- und polykristallinen Diamanthalbleiterscheiben nutzen", fügte Steve Coe, Geschäftsführer von Element Six Technologies hinzu.

Galliumnitrid ist hingegen für seine Fähigkeit zu extrem effizienter Verarbeitung hoher Ströme bekannt.

Schließlich hoffen die Projektpartner, dass MORGAN zur Entwicklung innovativer zusammengesetzter Substrate führen wird, mit denen sich die hervorragende Wärmeleitfähigkeit des Diamanten mit der elektrischen Effizienz von Galliumnitrid kombinieren lässt.

Den Projektpartnern zufolge werden solche Werkstoffe Grundlage für die nächste Generation von effizienten Fernstromverteilungssystemen sein, die in einem Netzwerk aus geografisch verstreuten, erneuerbaren Energiequellen benötigt werden. Sie könnten sich auch als nützlich in anderen, derzeit ineffizienten Systemen wie etwa den in Zügen genutzten Elektroenergieumwandlungssystemen erweisen.

Die 23 MORGAN-Projektpartner kommen aus 11 Ländern und setzen sich aus 13 Forschungsinstituten, 6 KMU (kleinen und mittleren Unternehmen), 2 Industrielabors und 2 Großindustriepartnern zusammen. Sie verfügen über Fachkenntnisse in Werkstoffen, Elektronik und Metallisierung für Verarbeitung, Geräteentwurfsmodellierung und Verpackung. Das Projekt wird vom Labor Alcatel-Thales II-V koordiniert, einem industriellen Forschungslabor, das sich moderne Halbleitertechnologien für zahlreiche Anwendungen spezialisiert.

Länder

Vereinigtes Königreich