Forschung zur einfachen Einbettung von GaN-Chips

Das neue EU-Forschungsprojekt ALL2GaN unter der Leitung von Infineon Austria will das Energiesparpotenzial von hocheffizienten Leistungshalbleitern aus Galliumnitrid (GaN) ausschöpfen, um sie leicht und schnell in viele Anwendungen zu integrieren. Das soll auch die E-Mobilität beflügeln.

Der Projektname ALL2GaN steht für „Affordable smart GaN IC solutions for greener applications“, auf deutsch: „Erschwingliche, smarte GaN-IC-Lösungen für grünere umweltfreundlichere Anwendungen“. Infineon erwartet, dank der neuen GaN-Chipgeneration die Energieverluste potenziell um durchschnittlich 30 Prozent eindämmen zu können. In der E-Mobilität sollen davon Onboard-Ladegeräten für Elektrofahrzeuge und Anwendungen im Bereich des mobilen Ladens profitieren.

Das Projekt vereint 45 Partner aus zwölf Ländern mit einem Gesamtbudget von rund 60 Millionen Euro. Es läuft drei Jahre und wird aus Investitionen der Industrie, Förderungen der einzelnen beteiligten Länder sowie dem europäischen Forschungsprogramm „Key Digital Technologies“ finanziert.

Galliumnitrid soll ebenso wie das viel zitierte Siliziumkarbid (SiC) Energie effizienter wandeln können. „Energie effizient zu erzeugen, zu steuern und zu nutzen, ist ein entscheidender Hebel zur CO2-Reduktion. Je weniger Energie dabei verschwendet wird, umso weniger Emissionen entstehen. Intelligente Technologien und neue Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid (GaN) spielen hier eine Schlüsselrolle. Sie bringen mehr Leistung auf kleinem Raum (…) und minimieren so den CO2-Fußabdruck in digitalen Geräten“, teilt Infineon mit.

Kosteneffiziente GaN-Chips sind bei Infineon-Villach bereits entwickelt worden. Bei ALL2GaN geht es nun um die Einbettung der neuartigen Halbleiter „Made in Europe“. Sie werden dafür modular aufgebaut und durch eine sogenannte Integrations-Toolbox in viele Anwendungen integriert. Die Forschungen erstrecken sich laut Infineon von einzelnen Chipelementen und Hochleistungs-GaN-Modulen über Chip-Designs bis hin zu neuartigen System-on-Chip-Ansätzen.

„GaN Technologien ebnen den Weg für Applikationen, die die Dekarbonisierung vorantreiben. Anwendungen wie mobiles Laden, Stromversorgungen von Rechenzentren, Solarwechselrichter für Privathaushalte und Onboard-Ladegeräte für Elektrofahrzeuge stehen kurz vor dem Durchbruch,“ so Adam White, Division President Power and Sensor Systems, Infineon Technologies AG. „Mit dem All2GaN Forschungsprojekt können nun Energiesparchips aus Galliumnitrid noch schneller entwickelt und dank der Integrations-Toolbox leicht in viele Anwendungen eingebettet werden. Das Forschungsprojekt eröffnet ein enormes Anwendungspotenzial und stiftet nachhaltigen Nutzen.“

Das Potenzial von GaN haben auch andere Unternehmen bereits erkannt: Der deutsche Zulieferer Vitesco hat im November 2021 eine Kooperation mit dem kanadischen Spezialisten GaN Systems vereinbart. Laut Vitesco können GaN-Halbleiter in der Systembetrachtung wirtschaftlicher sein als SiC-Halbleiter. Renault arbeitet mit dem Schweizer Unternehmen STMicroelectronics zusammen, das unter anderem an GaN-Technologie arbeitet. Und Toshiba Electronics Europe hat Anfang 2022 an seinem Standort in Düsseldorf ein neues Hochvolt-Labor in Betrieb genommen, bei dem ein besonderes Augenmerk auf Siliziumkarbid und Galliumnitrid liegt.
infineon.com, all2gan.eu