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Hochleistung durch Heterointegration

08.11.2017

Bei der Heterointegration werden Komponenten aus unterschiedlichen Halbleitertechnologien »monolithisch« in einem Chip eingebettet, um mehr Funktionalität und eine verbesserte Leistung zu erzielen. Aufbauend auf dem Konzept der Heterointegration entwickeln Forscher des Fraunhofer IAF zusammen mit Projektpartnern Integrationsschemata für innovative Elektroniksysteme. Das IAF präsentiert seine Hochleistungs-Komponenten für die Hochfrequenz- und Leistungselektronik der nächsten Generation auf der Messe »Productronica« vom 14. bis 17. November 2017.

Einige Atome - breiter sind heutige Leiterbahnen nicht mehr. Die Chipindustrie arbeitet an Strukturen, die mit dem bloßen Auge längst nicht mehr zu erkennen sind. Lange galt die Faustregel des Mooreschen Gesetzes, wonach sich die Anzahl der Schaltkreiskomponenten auf einem Chip bei gleichbleibenden Kosten alle ein bis zwei Jahre verdoppelt.


Hybrid Integration Metamorph GaN

Fraunhofer IAF

Mit »More than Moore« bezeichnen Forscher heute den Trend, nicht mehr nur diese reine Skalierung der Bauteile als oberste Maxime zu sehen, sondern die Steigerung von Funktionalität und Effizienz der Chips in den Fokus zu nehmen.

Mehrere Komponenten aus verschiedenen Halbleitertechnologien werden bei der Heterointegration vereint, um deren jeweils beste Eigenschaften zu nutzen. Komponenten zur analogen und digitalen Signal- und Datenverarbeitung, Kommunikation oder Sensorik können in extrem kleine und leistungsfähige Systeme integriert werden. Besagte Systeme müssen extrem vernetzungsfähig und zuverlässig sein, um am Puls der Zeit zu bleiben.

Zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung arbeitet das Fraunhofer IAF in den beiden Projekten »Hyteck« und »CoGaN« an der Verwirklichung dieses Ziels. In dem Projekt »Hyteck« entwickeln Forscher unterschiedlicher Disziplinen Komponenten für eine kompakte Hybridintegrations-plattform für Hochfrequenz-Schaltkreise. Im Rahmen des Projektes »CoGaN« entstehen neuartige Packaging-Technologien für Galliumnitrid-basierte Hochfrequenz-Elektroniksysteme, mit denen die komplexen Bauteile bestmöglich vor Umgebungs-einflüssen geschützt werden sollen.

Die beiden Projekte sind Teil der Forschungsinitiative »Technologien zur Systemintegration für zukünftige Elektroniksysteme (TechSys)« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Das Ziel ist die Förderung von innovativen Technologien für zukünftige Elektroniksysteme. Eingebettet ist die Forschungsinitiative in das Rahmenprogramm der Bundesregierung für Forschung und Innovation 2016 bis 2020, die eine bundesweit neue Hightech-Strategie anstrebt.

Hocheffiziente Systeme - Auch für Kleinserien und mittlere Stückzahlen

Forscher des IAF setzen beim Bau monolithisch integrierter Schaltungen (ICs) für hohe Leistungen und hohe Frequenzen auf das Halbleitermaterial Galliumnitrid (GaN). Die Vorteile dieses Materials liegen unter anderem in seiner Fähigkeit, eine hohe Leistungsdichte unter Beibehaltung hoher Wirkungsgrade zu erzielen.

Besonders für mittelständische Unternehmen eröffnet die Weiterentwicklung der Heterointegration eine Chance auf erschwingliche Hochleistungstechnologie: »Für kleine und mittlere Unternehmen und für mittlere Stückzahlen ist der Zugang zu dieser Schlüsseltechnologie essentiell, jedoch oft nicht lohnenswert für die Hersteller von Verbindungstechniken«, erläutert Dr. Rüdiger Quay, Geschäftsfeldleiter der Leistungselektronik am Fraunhofer IAF.

»Daher haben wir uns als Fraunhofer zum Ziel gesetzt, in der BMBF Initiative FMD (Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland) gemeinsam mit den Instituten des Verbunds Mikroelektronik der FhG und zwei Leibniz-Instituten den Zugang für Kleinserien zu ermöglichen«.

Das Fraunhofer IAF präsentiert die Ergebnisse der eigenen Forschung und der Kooperationen zum Thema auf der Messe »Productronica« vom 14. bis 17. November 2017.

Weitere Informationen:

https://www.iaf.fraunhofer.de/de/veranstaltungen/Productronica_2017.html
https://www.forschungsfabrik-mikroelektronik.de/
http://www.elektronikforschung.de/foerderung/nationale-foerderung/technologien-z...

Laura Hau | Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF

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