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Green Economy: Forschung an hocheffizienter Leistungselektronik auf Basis von GaN

29.01.2014
Beim Laden der Batterie von Elektroautos und beim Einspeisen von Solarstrom ins Netz geht regelmäßig Energie verloren, denn bei der Wandlung von Spannung und Strom in Leistungselektronikmodulen entstehen Verluste.

Im Vergleich zum Halbleitermaterial Silizium, aus dem Leistungselektronikkomponenten gewöhnlich hergestellt werden, könnten Galliumnitrid (GaN)-Bauelemente diese Verluste deutlich verringern und so die CO2-Bilanz verbessern. Zudem ermöglichen sie höhere Schaltfrequenzen und damit im Prinzip kompaktere Leistungselektronikmodule.


Energieverluste beim Laden von Elektroautos verringern Projekt: E2COGaN

AUDI AG

Im Verbundprojekt „E2COGaN – Energieeffiziente Umrichter auf Basis von GaN-Halbleitern“ untersuchen sieben Partner aus Industrie und Forschung daher jetzt Materialien und Schaltungen, die als Grundlage für energieeffiziente und kostengünstige GaN-Leistungselektronik dienen sollen.

Das Verbundprojekt, das Teil der europäischen Technologieinitiative ENIAC ist und an dem 24 Partner aus zehn europäischen Ländern beteiligt sind, wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms „IKT 2020 – Forschung für Innovationen“ über drei Jahre mit rund 3,6 Millionen Euro gefördert. Ziel des Förderprogramms ist, die technologische Spitzenstellung Deutschlands in der Elektronik zu stärken. Das BMBF unterstützt hierzu insbesondere Innovationspartnerschaften zwischen Wissenschaft und Wirtschaft.

Um energieeffiziente und kostengünstige GaN-Leistungselektronik herstellen zu können, wollen die Partner in „E2COGaN“ die Materialeigenschaften von auf günstigen Siliziumwafern gewachsenen GaN-Schichten verbessern und deren Einsatz in Leistungsmodulen ermöglichen. Mit begleitenden Messungen und Simulationen entwickeln sie zunächst einen robusten Herstellungsprozess für GaN-auf-Si-Material, das dann als Basis für Bauelemente und Leistungsmodule dient. Die Anwendung der Module soll exemplarisch in der Photovoltaik und in Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben demons-triert werden.

Die deutschen Partner sind entlang der Wertschöpfungskette aufgestellt. AZZURRO fertigt GaN auf Siliziumwafern für die Halbleiterprozessierung. Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB charakterisiert die Halbleitermaterialien, das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS arbeitet an hochtemperaturfesten Ansteuerungen für die Leistungselektronik und das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickelt Technologien für das Wafer-Level-Packaging und die Modulintegration. Das Fraunhofer IZM beteiligt sich zudem an der Charakterisierung und übernimmt die deutsche Projektkoordination.

Bosch bringt seine Expertise in der Aufbau- und Verbindungstechnik und Zuverlässigkeit von Leistungselektronik für Automobil-Anwendungen ein. Die Universität Kassel konzipiert und evaluiert einen Photovol-taik-Inverter auf Basis von GaN, während AUDI Batterieladegeräte mit GaN-Leistungsmodulen für den Einsatz in Elektrofahrzeugen realisiert.

Die deutschen Partner sind in den europäischen ENIAC-Verbund gleichen Namens unter der Leitung von ON Semiconductors Belgium BVBA eingebunden, der aus insgesamt 24 Partnern aus zehn Ländern besteht. Durch diese Zusammenarbeit wird die weltweit führende Position Europas gestärkt und ein langjähriger Wettbewerbsvorteil gegenüber der Konkurrenz auf dem Weltmarkt ermöglicht.

Weitere Informationen
Nähere Informationen zum Projekt E2COGaN gibt es unter http://www.e2cogan.eu/

Über AUDI AG
Die AUDI AG zählt mit einem Umsatz von über 48 Mrd. € und knapp 67.000 Mitarbeitern zu den welt-weit erfolgreichsten Automobilherstellern im Premiumsegment. Innovative Technik, visionäres Design und ausgezeichnete Qualität haben Audi zu einem anerkannten Hersteller hochwertiger Fahrzeuge gemacht. Im Jahr 2012 wurden bei Audi weltweit über 1,45 Millionen Fahrzeuge produziert und ausgeliefert. Im Mittelpunkt aller Aktivitäten steht die Entwicklung wegweisender und nachhaltiger Fahrzeugkonzepte, um den hohen Anforderungen der Kunden nach immer besseren Lösungen umfassend gerecht zu werden.
Über AZZURRO Semiconductors AG
Das Unternehmen ist Vorreiter für die Herstellung von Galliumnitrid-Wafern auf Silizium-Substraten. AZZURROs einzigartige Fähigkeit liegt darin sehr dicke und hochqualitative GaN-Schichten auf Waferdurchmessern von bis zu 200 mm zur Verfügung zu stellen. Dabei erlaubt das patentierte und proprietäre Strainengineering besonders flache Wafer, so dass vorhandene Fertigungslinien weiterverwendet werden können. Bei Kunden in aller Welt werden diese Wafer zu energieeffizienten Bauelementen der Leistungselektronik weiterverarbeitet.
Über Robert Bosch GmbH
Die Bosch-Gruppe ist ein international führendes Technologie- und Dienstleistungs- unternehmen. Mit Kraftfahrzeug- und Industrietechnik sowie Gebrauchsgütern und Gebäudetechnik erwirtschafteten rund 306 000 Mitarbeiter im Geschäftsjahr 2012 einen Umsatz von 52,5 Milliarden Euro. Im Jahr 2012 gab Bosch 4,8 Milliarden Euro für Forschung und Entwicklung aus und meldete über 3800 Patente weltweit an. Bosch ist bereits seit den 1970er Jahren im Bereich der Elektrifizierung des Antriebsstranges tätig.
Über Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung
Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die größte Organisation für anwendungsorientierte Forschung in Europa. An dem Projekt ist sie mit drei ihrer Institute beteiligt.

Das IZM (Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration) entwickelt Lösungen für eine zuverlässige Aufbau- und Verbindungstechnik elektronischer Produkte, für Systemdesign und Integration der Elektronik und Mikrosystemtechnik in die Anwendung.

Das IMS (Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme) verfügt über eine in Haus CMOS Linie und betreibt CMOS Prozessentwicklung sowie kundenspezifischen Entwurf und Integration von Schaltungen und Systemen.

Das IISB (Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie) entwickelt leistungselektronische Systeme, von der Entwicklung neuer Elektronikmaterialien über Prozesstechnologie und Bauelemente bis zum leistungselektronischen Gesamtsystem.

Über Universität Kassel
Das Kompetenzzentrum Dezentrale Elektrische Energieversorgungstechnik (KDEE) an der Universität Kassel befasst sich mit geräteorientierter Energiesystemtechnik für die Nutzung erneuerbarer Energien und ist thematisch und personell engverbunden mit dem Fachgebiet Elektrische Energie-versorgungssysteme (EVS).

Pressekontakte:

AUDI AG
Tim Fronzek, I/GP-P3
Telefon: +49 (0)841 89 33737
Email: tim.fronzek@audi.de
AZZURRO Semiconductors AG
Alexander Lösing, CMO
Telefon: +49 (0)351 212 99 128
Email: a.loesing@azzurro-semiconductors.com
Robert Bosch GmbH
Heiko Jung, C/AGP
Telefon: +49 (0)30 32788 506
Email: heiko.jung@de.bosch.com
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung
IZM Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration
Georg Weigelt, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Telefon: +49 (0)30 46403 279
Email: georg.weigelt@izm.fraunhofer.de
IMS Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme
Martin van Ackeren, Marketing, Vertrieb und Öffentlichkeitsarbeit
Telefon: +49 (0)203 3783 130
Email: info@ims.fraunhofer.de
IISB Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie
Thomas Richter, Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Telefon: +49 (0)9131 761 158
Email: thomas.richter@iisb.fraunhofer.de
Universität Kassel
Dr.-Ing. Samuel Araujo, KDEE-EVS
Telefon: +49 0561 804 6516
Email: s.araujo@uni-kassel.de

Georg Weigelt | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.e2cogan.eu/
http://www.iisb.fraunhofer.de

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