Forschungsprojekt NeuLand: Deutsche Forscher halbieren Energieverluste

Künftig könnten Schaltnetzteile für PCs, Flachbildfernseher, Server und Telekommunikationsanlagen aufgrund der Verwendung der neuen Halbleitermaterialien Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid auf Silizium (GaN-on-Si) 50 Prozent weniger Energieverluste aufweisen. Auch Solar-Wechselrichter sollen hier von deutlichen Materialeinsparungen profitieren und bei gleichem Wirkungsgrad kostengünstiger produziert werden können. Das ist das Ergebnis eines Forschungsprojekts unter Federführung von Infineon. Zusammen mit den Unternehmen aus der Halbleiter- und Solarindustrie Aixtron, SiCrystal und SMA Solar Technology wurden im Rahmen des Forschungsprojekts „NeuLand“ („Neuartige Leistungs-Bauelemente mit hoher Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit auf der Basis von Verbindungshalbleitern mit großer Bandlücke“) die Halbleitermaterialien Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid auf Silizium (GaN-on-Si) analysiert.

Gemeinsam entwickelten sie über die dreijährige Projektdauer hinweg hochintegrierte Bauelemente und elektronische Schaltungen, mit deren Hilfe die Energieverluste von Leistungselektroniksystemen laut Infineon schon während der laufenden Forschungsaktivitäten um 35 Prozent gesenkt werden konnten. Siliziumkarbid und Galliumnitrid auf Silizium ermöglichen aufgrund ihrer elektronischen Eigenschaften kompakte und effiziente Leistungselektronikschaltungen.

Infineon verwendet Siliziumkarbid bereits in Schalterbauelementen (JFETs) und Dioden für die Spannungsklassen von 600 bis 1700 Volt. Solche Bauelemente finden sich vor allem in Netzteilen für PCs oder Fernseher, aber auch in Antrieben für Motoren. Vor dem Start des Forschungsprojektes Neuland war SiC Infineon zufolge ein sehr teures Wafermaterial. Aufgrund der daraus erwachsenen Projektergebnisse ist die Anzahl geeigneter Anbieter und möglicher Anwendungen jedoch gestiegen.

Vor NeuLand war SiC ein sehr teures Wafermaterial. Dank der Projektergebnisse ist die Anzahl geeigneter Anbieter und möglicher Anwendungen gewachsen. Die Partner konnten zeigen, dass sich die Effizienz von Leistungselektronik mit SiC- und GaN-basierten Bauelementen um mehr als ein Drittel steigern lässt. Solar-Wechselrichter beispielsweise können bei gleichem Wirkungsgrad von deutlichen Materialeinsparungen profitieren und somit kostengünstiger werden. Ergebnisse sind jedoch auch, dass die SiC-Bauelementekosten für einen großflächigen Einsatz in Solar-Wechselrichtern noch weiter sinken müssen und dass für GaN-basierte Bauelemente noch weitere intensive Forschung zu Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Kosten notwendig ist.

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