Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mehr Effizienz für die Leistungselektronik

10.11.2011
Unter Federführung des Ferdinand-Braun-Instituts startete jetzt das EU-Projekt HiPoSwitch.

Es zielt auf energieeffizientere, kompaktere und leistungsfähigere elektronische Energiekonverter für vielfältige Applikationen, etwa in der Informations- und Kommunikationstechnologie oder bei der Umwandlung von Solarenergie. Die Projektpartner decken die komplette Wertschöpfungskette ab, von der Bauelemententwicklung bis zur industriellen Verwertung.


Galliumnitrid-Leistungstransistoren für energieeffiziente, kompakte und leistungsfähige elektronische Energiekonverter. Foto: FBH/schurian.com

Niedriger Energieverbrauch und hohe Leistungen sind die zentralen Anforderungen an moderne Leistungskonvertersysteme. Sie sollen Ressourcen schonen und zugleich immer höhere Datenmengen verarbeiten. Leistungstransistoren sind die elementaren Bauelemente elektronischer Leistungskonverter, die Gleich- und Wechselstrom auf unterschiedliche Spannungen transformieren. Sie sind in beinahe jedem technischen Gerät zu finden; im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologien spielen sie etwa in Mobilfunkbasisstationen eine zentrale Rolle. Weitere Anwendungsbereiche sind Gleich-/Wechselstromversorgungen für Computer, Netzwerke und Speicher sowie Solarwandler, Elektro- und Hybridfahrzeuge.

Das vom Ferdinand-Braun-Institut koordinierte EU-Projekt HiPoSwitch beschäftigt sich in den kommenden drei Jahren mit neuartigen Galliumnitrid-basierten Transistoren. Sie sollen bei künftigen Leistungskonvertersystemen für weniger Volumen und Gewicht bei gleichzeitig höherer Leistungsfähigkeit sorgen. Die Effizienz derzeitiger Systeme wird in der Regel durch die verwendeten aktiven Schaltelemente begrenzt. Heutzutage kommen meist Komponenten auf der Basis von Silizium oder Siliziumkarbid zum Einsatz. Die Silizium-Technologie ist mittlerweile jedoch so weit fortgeschritten, dass das Material selbst an seine Grenzen stößt, oder, wie im Fall von Siliziumkarbid, sehr teuer ist. Bessere Materialeigenschaften verspricht Galliumnitrid (GaN). Mit GaN-basierten Bauelementen können Leistungsschalter bei deutlich höheren Frequenzen betrieben werden, ohne signifikante Schaltverluste in Kauf nehmen zu müssen. Grund ist der deutlich geringere Einschaltwiderstand von GaN-Leistungstransistoren, der zusammen mit den signifikant reduzierten Ein- und Ausgangskapazitäten zu einem deutlich verbesserten Schaltverhalten führt. Mit höherer Schaltfrequenz lässt sich zugleich die Größe der passiven Komponenten wie Spulen, Stromwandler und Kondensatoren deutlich reduzieren – die Baugruppe wird insgesamt kleiner. Die Transistoren werden auf kostengünstigen Silizium-Substraten aufgebaut und sind daher aus wirtschaftlicher Sicht sehr interessant, da sie längerfristig deutlich bessere technische Eigenschaften mit vergleichsweise günstigen Kosten verbinden.

5,6 Millionen Euro fließen in das Verbundprojekt mit acht europäischen Partnern; der EU-Förderanteil liegt bei 3,6 Millionen Euro. Die Kompetenzen der Projektpartner decken dabei die gesamte Wertschöpfungskette von Forschung und Entwicklung (Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH); Slowakische Akademie der Wissenschaften; Technische Universität Wien; Universität Padua) bis hin zur industriellen Verwertung (AIXTRON SE, Artesyn Austria GmbH & Co. KG, EpiGaN, Infineon Technologies Austria AG) ab. Mit Projektabschluss werden GaN-Leistungs-transistoren und 200 mm GaN-auf-Silizium-Substrate industriell verfügbar sein und weltweit vermarktet werden.

Eng vernetzt: Bauelemente-Entwicklung und industrieller Transfer

Das Berliner Ferdinand-Braun-Institut und Infineon Technologies Austria entwickeln im Projekt gemeinsam selbstsperrende GaN-Leistungstransistoren in vertikaler Architektur. Der Aufbau der Transistoren erfolgt vorwiegend auf GaN-auf-Si-Wafern der Firma EpiGaN; zwecks Benchmarking werden Strukturen auf GaN-auf-SiC-Wafern aus dem FBH parallel getestet. Die Prozessmodule aus dem FBH sollen dabei möglichst rasch auf einen massentauglichen Industrieprozess bei Infineon übertragen werden. Auch explorative Konzepte in Richtung neuartiger selbstsperrender GaN-Leistungstransistoren, die etwa bei hohen Temperaturen bis 250°C arbeiten können, werden untersucht. Vorwiegend die Technische Universität Wien und die Slowakische Akademie der Wissenschaften in Bratislava erarbeiten damit bereits im Projekt die Grundlage für eine künftige Weiterentwicklung der Technologien. Begleitet werden alle Entwicklungsarbeiten durch kontinuierliche intensive Zuverlässigkeits- und Ausfalluntersuchungen. Insbesondere die Universität Padua bringt hier ihre umfassenden Erfahrungen bei Zuverlässigkeitstests von GaN-Bauelementen und Ausfallmechanismen ein.

Parallel zur Bauelementeentwicklung arbeiten die Industriepartner am Transfer der Technologie in eine industrielle Umgebung zur Fertigung großer Stückzahlen: Die belgische Firma EpiGaN konzentriert sich auf 200 mm GaN-auf-Si-Epitaxieentwicklungen, während das deutsche Unternehmen AIXTRON seine Epitaxiereaktoren auf den Durchsatz großer Mengen optimiert. Infineon Technologies Austria AG wiederum evaluiert in seiner Prozesslinie die entwickelten Transistorkonzepte und die GaN-auf-Si-Wafer von EpiGaN. Artesyn Austria wird die Leistungsfähigkeit der neu entwickelten Technologie anhand eines hocheffizienten Invertersystems der Kilowatt-Klasse demonstrieren, das beispielsweise in Basisstationen der neuesten Generation für die Mobilkommunikation zum Einsatz kommen soll.

Weitere Informationen:
Petra Immerz, M.A.,
Referentin Kommunikation & Public Relations,
Tel. 030.6392-2626, E-Mail petra.immerz@fbh-berlin.de
Ferdinand-Braun-Institut
Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
Gustav-Kirchhoff-Straße 4
12489 Berlin

Christine Vollgraf | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

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: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen