Halbleiter mit breitem Bandabstand für die Anwendung im Weltraum

Halbleiter mit breitem Bandabstand (Wide-bandgap , WBG) haben das Potenzial, die Welt der Elektronik in einer Weise zu revolutionieren, wie Silizium (Si) die moderne Computerära eingeläutet hat. Galliumnitrid (GaN)-geräte, die kleiner, schneller und effizienter als deren Si-basierten Pendants sind, bieten eine höhere Zuverlässigkeit unter widrigen Betriebsbedingungen.

Energie

In Anbetracht der anspruchsvollen Betriebsumgebungen bei der Anwendung von Satelliten wird der Ruf nach neuen Technologien, welche eine maximale Leistung und lange Lebensdauer bei einer minimalen Größe und minimalem Gewicht ermöglichen, immer lauter. Der WBG-Halbleiter GaN ist ein idealer Kandidat für Hochfrequenz- und Mikrowellensysteme. GaN hat sich im Zuge der Si-Verlangsamung bei hoher Leistung und intensiven Temperaturen als die innovativste Lösung etabliert. Mit beinahe zehnmal besseren Leit- und Schalteigenschaften als Si eignet sich dieses WBG-Material von seiner Grundbeschaffenheit aus für eine Leistungselektronik-Anwendung bei Satellitenequipment. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts AL-IN-WON (AlGaN and InAlN based microwave components) wurde die Entwicklung einer neuen Generation von GaN-Technologie und elektronischer GaN-Geräte untersucht. Die Entwicklung auf diesem Gebiet wurde bislang von Japan und den Vereinigten Staaten dominiert, da die europäische Forschungslandschaft ein zersplittertes Bild abgab. Die Projektpartner entwickelten Kooperationen zwischen Verteidigungsministerien, Weltraumbehörden und Technologieherstellern, um zu ermöglichen, dass Europa im Bereich der GaN-Technologie eine führende Rolle einnehmen kann. Gemeinsam wurde an der Entwicklung, Optimierung und Prüfung von GaN-Materialien sowie deren Integrierung in elektronische Geräte gearbeitet. Das AL-IN-WON-Team demonstrierte erfolgreich eine Reihe wichtiger Pionierleistungen, welche über GaN-basierte Technologien ermöglicht wurden. Diese beinhalteten äußerst zuverlässige und robuste Ku-Band-Hochleistungsverstärker sowie geräuscharme Verstärker, welche den Anforderungen von Weltraumsystemen gerecht werden. Konkret ermöglichte GaN eine höhere Leistung für Transistoren mit hoher Elektronenmobilität und monolithisch integrierte Mikrowellenschaltungen für Mikrowellen- und Hochfrequenzsysteme sowie eine geringere Gate-Kapazität, welche höhere Geschwindigkeiten und größere Bandbreiten ermöglicht. Die AL-IN-WON-Innovationen werden zudem neue Architekturen für Erdbeobachtungs-, Navigations- und Telekommunikationsequipment ermöglichen. Die Projektergebnisse werden insbesondere Teil neuer Vordergrundforschung sein, die der Industrialisierung und Weiterentwicklung der GaN-Technologie für die Ka-Band-Satellitenkommunikation gewidmet ist.

Schlüsselbegriffe

Halbleiter mit breitem Bandabstand, Galliumnitrid, Satellit, Leistungselektronik, AL-IN-WON

AlGaN and InAlN based microwave components

Halbleiter mit breitem Bandabstand für die Anwendung im Weltraum

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