Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Energiesparelektronik mit Zukunft - Fraunhofer THM optimiert höchstdotierte Siliziumkristalle

18.08.2015

Mithilfe von kostengünstiger und intelligenter Leistungselektronik auf Basis optimierter Halbleitermaterialien kann der Energieverbrauch von Netzteilen und Ladegeräten in Smartphones, Laptops, Solarmodulen und vielen anderen Anwendungen erheblich gesenkt werden. In dem europäischen ECSEL-Projekt „PowerBase“ wird intensiv das Potential von Galliumnitrid- und Siliciumhalbleitern ausgelotet. Das Fraunhofer Technologiezentrum für Halbleitermaterialien THM in Freiberg trägt im Rahmen von PowerBase dazu bei, die industrielle Herstellung von hochdotierten Siliciumkristallen mit 300 mm Durchmesser in Hinblick auf die Kristallausbeute zu verbessern.

Angetrieben durch die politischen Themen Energieeffizienz und CO2-Reduktion haben sich Leistungshalbleiter für die Energieversorgung, die Automobil- und die Industrieelektronik zu einem Wachstumsfeld mit hoher gesellschaftlicher Bedeutung entwickelt. Technische Ziele in der Leistungselektronik sind dabei die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit und die Verringerung der Stromverluste pro Chipfläche. Diese Maßnahmen ermöglichen es, die Energiedichte zu steigern und Kosten zu senken.


Gruppenfoto der Teilnehmer des Kick-Off Treffens von PowerBase bei der Infineon Technologies AG in Villach.

Infineon Technologies AG

Leistungselektronische Bauelemente werden u.a. auf Basis von hochdotiertem Silicium hergestellt. Um bei vertikalen leistungselektronischen Bauelementstrukturen die Widerstandsverluste in Durchlassrichtung zu minimieren, werden Siliciumkristalle mit einem sehr geringen elektrischen Widerstand bis hin zu 0,001 Ωcm benötigt. Wie in der klassischen Mikroelektronik auch, sinken mit steigendem Durchmesser der kristallinen Halbleitersubstrate die Herstellungskosten für die Bauelemente.

In der Leistungselektronik fragt die Industrie zunehmend hochdotierte Kristalle mit 300 mm Durchmesser nach. „Diese Siliciumkristalle werden nach dem Czochralski-Verfahren durch Ziehen aus der Siliciumschmelze hergestellt. Den niedrigen elektrischen Widerstand erreicht man bereits beim Kristallziehprozess durch die gezielte Zugabe von Phosphor als Dotierstoff. Die benötigten hohen Mengen an Dotierstoff können jedoch – insbesondere beim Herstellungsprozess von Kristallen mit 300 mm Durchmesser – Instabilitäten verursachen, die die Kristallausbeute mindern“, erläutert Dr. Jochen Friedrich, Sprecher des Fraunhofer THM.

An diesem Punkt setzen nun im Rahmen des ECSEL-Projektes PowerBase die Arbeiten des Fraunhofer THM an. Die Fraunhofer-Forscher bringen ihre Erfahrung im Bereich der Kristallzüchtung, Simulation und Charakterisierung ein, um herauszufinden, was genau die Instabilitäten bei hohen Dotierstoffkonzentrationen im Kristall verursacht.

Die Kenntnis dieser Mechanismen ermöglicht dann die Entwicklung verfahrenstechnischer Lösungen, um die Kristallausbeute zu erhöhen. Außerdem müssen die Wechselwirkungen der Dotieratome mit anderen atomaren Defekten bei hohen Dotierstoffkonzentrationen im Silicium genauer analysiert werden, um mögliche Auswirkungen auf die späteren Bauelementeigenschaften ableiten zu können. Durch diese Arbeiten kann die Silicium-Leistungselektronik an die Grenzen des technisch Machbaren gebracht werden, insbesondere hinsichtlich Kosten und Effizienz.

Im ECSEL-Projekt PowerBase wird auch an Galliumnitrid-Leistungsbauelementen geforscht. Galliumnitrid ermöglicht höhere Durchbruchfeldstärken und schnellere Schaltgeschwindigkeiten als Silizium. Jedoch ist Leistungselektronik auf Basis von Galliumnitrid, gegenüber Silicium, eine noch junge Technologie. Dementsprechend kommt dem Vergleich beider Technologien eine strategische Bedeutung zu und die neuen Leistungsbauelemente auf Galliumnitrid-Basis müssen sich an den optimierten Siliciumhalbleitern messen lassen.

PowerBase und ECSEL

Im europäischen Forschungsprojekt PowerBase sind insgesamt 39 Partner beteiligt, darunter die Fraunhofer-Gesellschaft mit dem Fraunhofer THM in Freiberg, dem Fraunhofer IWM in Halle und dem Fraunhofer EMFT in München. Das Finanzvolumen beträgt 87 Millionen Euro, die Federführung hat Infineon Technologies, einer der größten Halbleiterhersteller Europas. Das Vorhaben gehört zu den ersten ECSEL-Projekten, mit denen die europäische Industrie, die EU und die beteiligten Mitgliedsländer den Weltmarktanteil der europäischen Mikroelektronik bis 2024 erheblich steigern möchten. Die Finanzierung von PowerBase erfolgt vor allem über Investitionen aus der Industrie, durch das ECSEL-Programm der EU zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Elektronikindustrie sowie durch eine nationale Co-Förderung in Österreich, Belgien, Deutschland, Italien, Norwegen, Spanien, der Slowakei, Großbritannien und den Niederlanden. ECSEL steht dabei für »Electronic Components and Systems for European Leadership« und ist als Private-Public-Partnership-Programm ein wichtiger Baustein der Initiative »Europa 2020« der EU-Kommission. Die Bundesregierung sieht in der europäischen Zusammenarbeit innerhalb der ECSEL-Projekte ein wichtiges Instrument, um die starken Kompetenzen in der Mikroelektronik in Deutschland im Rahmen ihrer Hightech-Strategie weiter auszubauen und fördert das Vorhaben aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Zusätzlich engagiert sich auch der Freistaat Sachsen.

Bildmaterial zur redaktionellen Verwendung finden Sie unter http://www.iisb.fraunhofer.de/presse

Ansprechpartner

Dr. Jochen Friedrich
Fraunhofer THM
Am St.-Niclas-Schacht 13
09599 Freiberg
Tel +49 3731 2033-100
Fax +49 3731 2033-199
jochen.friedrich@thm.fraunhofer.de

Fraunhofer THM

Das Fraunhofer-Technologiezentrum Halbleitermaterialien Freiberg THM betreibt Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Halbleiter- und Energiematerialien. Das THM ist eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Es besteht eine enge Kooperation mit der Technischen Universität Bergakademie Freiberg auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung und -charakterisierung. Ein Hauptziel ist die Unterstützung der regionalen Halbleitermaterialindustrie durch den Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in die industrielle Verwertung.

Dr. Jochen Friedrich | Technology Center Semiconductor Materials THM
Weitere Informationen:
http://www.iisb.fraunhofer.de/presse

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen
12.12.2017 | Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES

nachricht Meilenstein in der Kreissägetechnologie
11.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten