Das Projekt "Teilvorhaben: GaN-Epitaxie und Technologie für Leistungswandler von Morgen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von United Monolithic Semiconductors GmbH durchgeführt. Ziel der UMS ist es, innerhalb des Projekts die zu erforschende Prozess-Technologie von Anfang an auf ihre industrielle Verwertung hin zu beurteilen und somit den beteiligten Wissenschaftlern von IAF und FBH eine entsprechende Rückmeldung zu geben. In dem vorliegenden Antrag ist die Rolle der UMS auf eine eher beratende Tätigkeit reduziert, um zum einen die Rückmeldung von einem erfahrenen Halbleiterhersteller sicherzustellen und dennoch den Spielraum der Forscher nicht zu sehr von rein ökonomische Fragestellungen wie Ausbeute etc. einzuengen. Die Beurteilung soll durch die Prozessierung erfolgversprechender Epi-Wafer bei der UMS erfolgen, wobei die Prozessierung nur einige Prozess-Schritte umfassen soll. Dabei soll die maximale Durchbruchspannung mit den Ergebnissen der Institute verglichen werden und dabei die Prozess-Kompatibilität betrachtet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Packaging für leistungselektronische Bauteile mit GaN-Halbleitern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IXYS Semiconductor GmbH durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens PowerGaNPlus ist die wissenschaftliche Erforschung von GaN-Bauteilen auf Si-Trägermaterialien für den Einsatz in Leistungshalbleiterbauelementen mit dem Ziel der effizienteren Energienutzung in den Anwendungen dieser Bauteile. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes evaluiert und erforscht die Firma IXYS Semiconductor GmbH hierfür mögliche Packagingkonzepte. Diese Arbeiten umfassen Aufgabenstellungen zum Substrat (Schaltungsträger), der Chip-Kontaktierung (Die-Attach und oberer Chip-Kontakt) und der Umhausung (Housing). Zur Lösung der anspruchsvollen Aufgabenstellungen für das Packaging der GaN-Bauteile unterteilt sich die Vorgehensweise in 6 Arbeitspunkte, welche in enger Wechselwirkung mit den Projektpartnern bearbeitet werden. Im ersten Schritt erfolgt die Festlegung der technischen Anforderungen sowie der geometrischen Abmessungen an das Packaging/Housing (AP I1). Für die Charakterisierung der GaN-Chips durch die am Projekt beteiligten Endanwender werden Muster in einem Standardpackage aufgebaut, wobei dieses Package auch für die erste Bewertung möglicher Schwachstellen der derzeit verwendeten AVT-Technologien dient (AP I2). In den AP I3 bis AP I5 werden mögliche technische Konzepte zur AVT der GaN-Bauteile evaluiert und in einem Demonstrator umgesetzt, dazu werden die durch die Recherche gewonnenen Konzepte mit verwendet. Im abschließenden AP I6 wird der Demonstrator hinsichtlich seiner Zuverlässigkeitseigenschaften charakterisiert und bewertet.
Das Projekt "Förderschwerpunkt mobileGaN - Teilvorhaben: Evaluation von High Power Rekonfigurationselementen in 'GaN-on-Si' Technologie für den Einsatz in rekonfigurierbaren Multiband-Endstufen im Mobilfunk." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MicroGaN GmbH durchgeführt. Im BMBF-Förderschwerpunkt 'mobileGaN' werden neuartige Verstärkerkonzepte auf GaN-Basis untersucht, die in Mobilfunk-Basisstationen zu einem erheblich geringerem Energieverbrauch und zu mehr Flexibilität in Ihrem Einsatz für die verschiedenen Funkfrequenzbänder führen werden. Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung von Rekonfigurationselementen auf Basis von neuartigen und innovativen GaN-basierenden RF-MEMS Technologie auf kostengünstigem Silizium-Substrat. In der ersten Stufe sollen GaN-basierende RF-MEMS gefertigt werden, die als Schalter konfiguriert sind, um eine Kaskade von Anpassnetzwerken so zu schalten, dass mit nur einem breitbandigen Leistungstransistor ein Multiband/Multistandard Betrieb möglich ist. In der zweiten Stufe werden GaN-basierende RF-MEMS realisiert, die als Varaktor konzipiert sind. Dadurch ist es möglich, mit nur einem variablen Anpassnetzwerk Multiband/Multistandard fähige Leistungsverstärker zu realisieren. Eine Integration der Bauelemente in bestehende Systeme ist in der dritten Stufe vorgesehen. Die Firma MicroGaN wird nach Abschluss dieses Projektes die entwickelten Technologien für GaN-basierende RF-MEMS Bauelemente in späteren Serienprodukten in Deutschland überführen. Die Telekommunikationsausrüster stellen dabei für MicroGaN die zukünftigen Kunden dar.
Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchungen zur Leistungsdichte und Effizienz eines isolierenden DC/DC-Wandlers in GaN-Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Department Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik, Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente durchgeführt. 1. Vorhabensziel; Ziel des Projekts 'PowerGaNplus' ist die Erforschung neuartiger Leistungsmodule mit herausragender Energieeffizienz basierend auf dem modernen Halbleiter Galliumnitird (GaN). Die neuartigen Leistungsmodule werden in eine Systemumgebung integriert und deren Leistungsfähigkeit durch Demonstratoren nachgewiesen. Für den LEB stehen hierbei grundlegende Fragestellungen im Vordergrund, die sich aufgrund einer Integration der neuartigen Bauelemente in ein komplexes leistungselektronisches System ergeben. Insbesondere werden hier schnell schaltende Bauelemente bei hohen Betriebsspannungen eingesetzt, die mit den heute üblichen Siliciumbauelementen nicht möglich sind. Damit ergeben sich für Schaltungstopologie und die passive Komponenten neuartige Anforderungen und Betriebszustände. 2. Arbeitsplanung In den verschiedenen Arbeitspaketen des Projektes erforscht der LEB optimal geeignete Schaltungstopologien. Im Fokus einer Charakterisierung der neuen GaN Leistungsbauelemente stehen hochdynamische Schaltversuche bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und hohen Spannungen, die Ermittlung der Durchbruchspannung und der spannungsabhängigen Bauelementekapazitäten, sowie die Herleitung eines vereinfachten Bauelementemodells. Darüber hinaus erfolgen Untersuchungen zu sehr niederinduktiven Leistungsmodulen durch Ermittlung der parasitären Leitungsinduktivitäten und Koppelkapazitäten. Im Projekts erfolgt zudem eine Systemerforschung mittels eines isolierenden 3 kW Bordnetzwandlers als Demonstrator. Hierbei wird in einer ganzheitlichen Betrachtung, die Integration der neuartigen Bauelemente in ein komplexes leistungselektronisches System untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: GaN Dioden und selbstsperrende GaN Schalttransistoren für effiziente Leistungswandler" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik im Forschungsverbund Berlin e.V. durchgeführt. Es sollen die vielversprechenden Eigenschaften von GaN basierten Feldeffekttransistoren genutzt werden, um selbstsperrende Schalttransistoren und Schottkydioden mit extrem geringen Einschaltwiderständen bei gleichzeitig hoher Spannungsfestigkeit zu erforschen und prototypisch zu realisieren. Gegenüber Standard Leistungstransistoren und -Dioden in Si-Technologie können GaN-Leistungsmodule wesentlich schneller schalten und ermöglichen damit Konverter und Antriebselektroniken mit höheren Wirkungsgraden und kompakterer (leichterer) Bauweise. Die Projektarbeiten am FBH sollen dieses Potenzial für die Leistungselektronik erschließen und zu skalierbaren Leistungstransistormodulen mit Freilaufdiode für Betriebsspannungen von bis zu 600 V und mit einer Stromtragfähigkeit bis 30 A führen. Innerhalb des Konsortiums PowerGaNPlus wird von Bosch mit den Bauelementen ein 600 V / 3 kW DC/DC-Wandler für Hybrid- und Elektrofahrzeuge als Systemdemonstrator aufgebaut. (1) Realisierung von selbstsperrenden GaN Leistungstransistoren sowie von GaN Mehrkanal-Schottkydioden mit vertikaler Ankontaktierung. (2) Erarbeiten von Konzepten zur Erhöhung der Betriebspannung auf mindesten 600 V. (3) Optimierung von Epitaxiestrukturen, Chip-Passivierung und on-chip Verbindungstechnologien. (4) Realisierung von lateral skalierbaren Zellendesigns. (5) Überführung der zunächst auf SiC-Substraten entwickelten Technologie auf Si Substrate. (6) Zuverlässigkeitsuntersuchungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Leistungswandler in GaN-Technologie zur Erschließung ungenutzter Energiepotenziale" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik durchgeführt. Vorhabensziel (deutsch) Das Fraunhofer IAF wird die Technologie zur Herstellung der GaN-Leistungstransistoren auf SiC- und Si-Substraten erforschen. Es werden selbstsperrende Schalttransistoren mit extrem geringen Einschaltwiderständen und hoher Spannungsfestigkeit prototypisch in GaN-HFET-Technologie realisiert und untersucht. Diese Bauelemente werden im Rahmen des Projekts von der Fa. Bosch in einen 600 V / 3 kW DC/DC-Wandler für Hybrid- und Elektrofahrzeuge als Systemdemonstrator eingesetzt. Schalttransistoren für Photovoltaik-Wechselrichter (Leistung 3 - 5 kW, Schaltfrequenz 16 - 100 kHz, Spannungsbereich 350 - 1000 V) werden für die Fa. KACO realisiert und von dieser in Wechselrichterprototypen als Systemdemonstratoren aufgebaut und untersucht. Arbeitsplanung (deutsch) Das Fraunhofer IAF übernimmt die elektrische und thermische Auslegung von GaN/AlGaN-Schalttransistoren und die Erforschung von Skalierungsregeln bezüglich Gateweite und Chipfläche. Das Fraunhofer IAF erforscht die Anforderungen bezüglich der Epitaxie und Technologie für GaN-basierende Leistungsschalter. Es realisiert und untersucht GaN-Heterostruktur-FETs mit einer Sperrspannung von 1000 V zunächst auf SiC- und später auf Si-Substraten. Insbesondere sollen in enger Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen selbstsperrende Transistoren mit isolierten Gatekontakten erforscht werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt in der Skalierung der Bauelemente für den Betrieb bei Strömen von über 10 A für Leistungen von ca. 3 kW.
Das Projekt "Teilvorhaben: Fertigungstechnologie für Leistungsdioden und Leistungsschalter in GaN-auf-Silizium Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MicroGaN GmbH durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die mit Kooperationspartnern gemeinsame Erforschung von neuartigen Leistungsbauelementen mit bestmöglicher Energieeffizienz für den Massenmarkt ohne nennenswerte Zusatzkosten auf Systemebene. Im Projekt ist vorgesehen, bei MicroGaN in mehreren Prozessläufen auf Basis des Materialsystems GaN und der Vorarbeiten 2-Tor-Bauelemente (Dioden) und 3-Tor-Bauelemente (Schalter) für hoch effiziente Leistungsanwendungen herzustellen und zu verbessern, so dass marktfähige Spezifikationen der Bauelemente erreicht werden. Ein Vergleich bzw. Benchmarking zu konventionellen Technologien ist vorgesehen. Zur Etablierung dieser neuartigen Technologie sollen im Rahmen des Projektes Optimierungsansätze (Layout, Materialien usw.) auf ihre Eignung untersucht sowie geeignete Fertigungstechnologien erarbeitet werden, die eine kostengünstige Massenfertigung ermöglichen und somit eine spätere Vermarktung der Ergebnisse und Bauelemente für Einführung in energieeffiziente Systeme erlauben.
Das Projekt "Förderschwerpunkt mobileGaN - Teilvorhaben: GaN-Epitaxie- und -Technologieentwicklung für zuverlässige, energieeffiziente Basisstationsanwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik durchgeführt. Im BMBF-Förderschwerpunkt 'mobileGaN' werden neuartige Verstärkerkonzepte auf GaN-Basis untersucht, die in Mobilfunk-Basisstationen zu einem erheblich geringerem Energieverbrauch und zu mehr Flexibilität in Ihrem Einsatz für die verschiedenen Funkfrequenzbänder führen werden. Zentrales Ziel dieses Projektes ist die Steigerung der mittleren Energieeffizienz des Leistungsverstärkers im linearen Betrieb in der Basisstation von gegenwärtig kleiner 15 Prozent auf größer 30 Prozent. Ziel des Vorhabens ist, die bisher erreichte Material- und Technologiebasis für GaN-Bauelemente so zu verbessern, dass die gestiegenen Anforderungen an Zuverlässigkeit, Effizienz und Spannungsfestigkeit erreicht werden. Weiterhin sollen nach Ende der Projektlaufzeit Technologiemodule in Deutschland zur Verfügung stehen. Das Vorhaben wird im Projektclusters ELBA in Zusammenarbeit mit allen Partnern des BMBF-Förderschwerpunktes 'Mobile GaN' durchgeführt. Mit dem Erreichen der Effizienzziele dieses Projektes werden die Voraussetzungen geschaffen, um im Jahr 2009 die Effizienzziele der Produzenten und Betreiber von Basisstationen erfüllen bzw. sogar übertreffen zu können. Als potenzielle Verwertungspartner zur Umsetzung der Ergebnisse z.B. durch Lizensierung kommen dabei vor allem die Systemhäuser Alcatel und Lucent sowie der Modulhersteller EADS in Betracht. Die Firma Epinova/Freiburg steht als kommerzieller Partner des Fraunhofer IAF für die Umsetzung der epitaktischen Fähigkeiten des Fraunhofer IAF für das Materialsystem GaN/AlGaN zur Verfügung.
Das Projekt "Teilvorhaben: Charakterisierung und Validierung von GaN-basierten Leistungswandlern für zukünftige automobile Applikationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Die Firma Bosch erforscht im Rahmen des vorliegenden Projektes gemeinsam mit dem Projektpartner Lehrstuhl für elektronische Bauelemente der Uni-Erlangen (LEB) das Anforderungskollektiv für den DC/DC-Wandler vor dem Hintergrund der Zielanwendung im Automobilbereich. Ein zentraler Gegenstand der Arbeiten der Robert Bosch GmbH stellt darüber hinaus die Stabilitätsuntersuchungen an den neuen GaN-Bauelementen dar. Ein weiterer Beitrag des Antragstellers im Rahmen des Verbundvorhabens besteht in der Validierung sowohl der GaN-Leistungsmodule sowie des Gesamtsystems DC/DC-Wandler. Im Vordergrund steht hierbei der Vergleich mit etablierten Lösungen auf Si-Basis hinsichtlich Packungsdichte bzw. Bauvolumen, sowie die wissenschaftliche Untersuchung der Wirkungsgrad-, Zuverlässigkeits- und Kostenzusammenhänge.
Das Projekt "Teilvorhaben: Grundlagenuntersuchungen zu GaN Transistoren für die Leistungselektronik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehr- und Forschungsgebiet GaN-Bauelementtechnologie durchgeführt. Die RWTH Aachen wird im Rahmen ihres Teilvorhabens grundlegende Untersuchungen zu Konzepten und technologischen Ansätzen zur Realisierung selbstsperrender Feldeffekttransistoren und deren Anordnung in vertikaler Konfiguration durchführen. Zum Erreichen der Ziele wird die RWTH Aachen: 1) Konzepte für GaN-Schalttransistoren erforschen 2) die technologische Umsetzbarkeit der Bauelementkonzepte untersuchen und experimentell erforschen 3) unterschiedliche Ansätze auf der Basis experimenteller Ergebnisse und theoretischer Überlegungen bewerten um das Potenzial der neuen Bauelemente im Rahmen des Gesamtvorhabens abzuschätzen 4) die Verbundpartner darin unterstützen die erarbeiteten technologischen Bausteine und Bauelementkonzepte umzusetzen.
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