Forschung und Entwicklung : Infineon: EU-Forschungsprojekt zu Energiesparchips gestartet

Das Forschungsprojekt „UltimateGaN“ soll Leistungshalbleiter auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) zu global wettbewerbsfähigen Kosten für viele Anwendungen bereitstellen. Energiesparchips aus neuen Materialien wie Galliumnitrid spielen eine entscheidende Rolle, um Strom effizienter zu wandeln als bisher. Das Projekt soll damit einen Beitrag zu mehr Energieeffizienz und zur Reduktion von CO2 leisten. Mit einem Volumen von 48 Millionen Euro zählt UltimateGaN zu einem der größten europäischen Forschungsprojekten. „Energieeffizienz ist weltweit eine der größten Energieressourcen. Mit der Entwicklung intelligenter Technologien leisten wir einen zentralen Beitrag zur globalen Herausforderung des Klimawandels. Neue Materialien und effiziente Chiplösungen spielen dabei eine Schlüsselrolle. Mit diesem Forschungsprojekt schaffen wir die Voraussetzung, innovative Energiesparchips für viele zukunftsrelevante Alltagsanwendungen verfügbar zu machen“, sagt Sabine Herlitschka, Vorstandsvorsitzende der Infineon Technologies Austria AG. „Wir bündeln die Kräfte sowohl inhaltlich wie auch finanziell. Damit führen wir die strategischen Kompetenzen der besten europäischen Partner zusammen und stärken unsere globale Wettbewerbsfähigkeit aus Kärnten, Österreich und Europa heraus.“

Ziel ist es, innovative Leistungs- und Hochfrequenzelektronik aus dem neuen Halbleitermaterial GaN zu entwickeln. Infineon Austria bringt als konzernweites Kompetenzzentrum für die neuen Halbleitermaterialen Siliziumkarbid und Galliumnitrid vorhandenes Know-how in das Projekt ein. Die Voraussetzungen dafür wurden mit dem 2018 abgeschlossenen Forschungsprojekt „PowerBase“ in Villach geschaffen. Es gelang, die europaweit erste GaN-Pilotlinie in einem industriellen Fertigungsumfeld zu errichten und die Basisgeneration für erste Marktanwendungen zu schaffen. Die Forschung geht nun material- und prozesstechnisch einen Schritt weiter, um die nächste Generation dieser hocheffizienten Energiesparchips für den Massenmarkt zu erschließen. Im Fokus stehen eine weitere Miniaturisierung sowie die Bereitstellung dieser Chips in hoher Qualität und zu global wettbewerbsfähigen Kosten. Durch die spezielle Materialstruktur von GaN werden höhere Leistungsdichten erzielt. Dies ermöglicht kleinere und leichtere Designs, die den Strom weitaus effizienter schalten und höhere Datenraten schneller übertragen können. Das resultiert in einer deutlichen Senkung des Energieverbrauchs: Stromverluste werden bis zur Hälfte reduziert.

Erneuerbare Energie, Elektromobilität und schnellerer Datentransfer profitieren

Von den Energiesparchips werden viele Anwendungen profitieren, in denen es um einen geringen Energieverbrauch, kompaktere Baugrößen sowie um einen schnellen Datenaustausch geht. Die Elektromobilität und intelligente Stromnetze bekommen mit dem Forschungsprojekt einen neuen Schub: Durch kleine, integrierte „On-Board“-Ladegeräte mit GaN-Chips wird das Aufladen eines Elektroautos auch zu Hause dreimal schneller erfolgen als bisher. Dank dieser effizienten Leistungshalbleiter wird außerdem die Einbindung erneuerbarer Energiequellen, wie Solarstrom oder Windkraft, ins Stromnetz einfacher und schneller. Der neue 5G Mobilfunkstandard und das ultraschnelle Laden von Videos wird genauso unterstützt, wie eine Verkehrsflusssteuerung in Echtzeit beim autonomen Fahren oder - Stichwort Industrie 4.0 - das reibungslose Kommunizieren zwischen Maschinen.

Gerade bei der Miniaturisierung der GaN-Chips sind das kompakte, kleine Design und die komplexe Verbindungs- und Gehäusetechnik besonders herausfordernd. Es gilt, hohe Stromdichten, die Wirkung elektrischer Felder, Materialbelastungen und -stabilitäten zu beachten. Die Forschung verfolgt daher einen ganzheitlichen Ansatz über die gesamte Wertschöpfungskette – von der Prozessentwicklung, dem Design, Aufbau- und Verbindungstechnologien bis hin zur integrierten Systemlösung. Dementsprechend breit ist auch das Konsortium mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft aufgestellt.