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 Weniger Schadstoffe im Heizkessel: Smartes Verbrennungskonzept vermindert Schadstoffemissionen
27.06.2017 | Deutsches Biomasseforschungszentrum

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Plants are networkers

19.06.2017 | Event News

Digital Survival Training for Executives

13.06.2017 | Event News

Global Learning Council Summit 2017

13.06.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der Krümmung einen Schritt voraus

27.06.2017 | Informationstechnologie

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Überschwemmungen genau in den Blick nehmen

27.06.2017 | Informationstechnologie