GaN HEMTs
Galliumnitrid (GaN) ist ein etabliertes Halbleitermaterial mit großem Bandabstand, das insbesondere bei LEDs oder in der Leistungselektronik zum Einsatz kommt. GaN HEMTs (High-Electron-Mobility Transistor) sind Transistoren, die aufgrund ihrer hohen Ladungsträgermobilität für den Einsatz in der Hochfrequenz (HF)-Technik prädestiniert sind und beispielsweise für HF-Schaltungen von Smartphones verwendet werden.
Es wird erwartet, dass durch die Einführung des 5G-Mobilfunkstandards nicht nur unsere Kommunikation und Vernetzung revolutioniert werden, sondern auch der Siegeszug von GaN-HF-Transistoren nicht mehr aufzuhalten sein wird. 5G nutzt Frequenzbereiche bis 100 GHz und bietet hohe Datenraten bis 10 Gigabit pro Sekunde sowie eine höhere Netzwerkdichte und einen effizienteren Energieverbrauch. HF-Leistungstransistoren mit Galliumnitrid-Technologie stellen die derzeit verwendeten HF-Leistungstransistoren hinsichtlich Wirkungsgrad, Bandbreite und Leistungsdichte in den Schatten und eignen sich hervorragend für 5G-Anwendungen.
Was macht GaN HEMTs aus?
Galliumnitrid verfügt im Vergleich zu Silizium über eine etwa zehn Mal höhere Durchbruchfeldstärke, weshalb GaN-HEMTs deutlich höhere Leistungsdichten und Schaltfrequenzen ermöglichen als Silizium-basierte Transistoren wie SJ-MOSFETs oder IGBTs. Aufgrund ihrer hohen Sättigungsgeschwindigkeit und Ladungsträgermobilität sind sie bestens für hohe Frequenzen und schnelle Schaltungen geeignet.
Sandwich-Struktur
Bei konventionellen Transistoren werden Fremdatome in das Halbleitermaterial eingebracht, um elektrische Leitfähigkeit herzustellen. Diese „Verunreinigung“ wirkt sich allerdings negativ auf die Elektronengeschwindigkeit aus. Der Aufbau von HEMTs dagegen zeichnet sich durch eine Sandwich-Struktur von reinen Halbleitermaterialien mit unterschiedlich großen Bandlücken aus, wodurch diese Auswirkung vermieden wird.
Große Bandlücke
Die große Bandlücke des AlGaN-GaN-Heteroübergangs lässt sehr hohe Betriebsspannungen zu. An der Grenzfläche bildet sich eine sehr leitfähige Elektronenschicht, die den Kanal im Transistor bildet, das so genannte zweidimensionale Elektronengas (2DEG). Damit können unipolare Bauelemente mit einem besonders großen Verhältnis aus Spannungsfestigkeit zu flächenbezogenem Einschaltwiderstand realisiert werden, die nur geringe Schaltverluste aufweisen.
Welchen Anteil trägt die Prozesstechnologie von centrotherm?
Für die Herstellung von Bauteilen auf der Basis von Verbindungshalbleitern wie Galliumnitrid entwickeln wir Prozessequipment für das Hochtemperatur-Annealing sowie die thermische Abscheidung von Oxiden.
