Kleiner, schneller, energieeffizienter: TU Freiberg an Verbundprojekt zum digitalen Wandel beteiligt

Galliumnitrid-Verstärker.
Hocheffiziente Leistungshalbleiter sollen die Voraussetzungen für vielfältige neue Anwendungen schaffen – von der Elektromobilität bis hin zur künstlichen Intelligenz. Darauf zielt das neue Verbundprojekt "ForMikro-LeitBAN“ ab, in dem auch die TU Bergakademie Freiberg mit forscht.

Smarte Energieversorgung, Elektromobilität, breitbandige Kommunikationssysteme und Anwendungen der künstlichen Intelligenz (KI)– die Anzahl miteinander agierender und vernetzter Systeme wächst stetig. Zugleich ist der schonende Umgang mit Ressourcen eine zentrale gesellschaftliche Herausforderung. Mit immer mehr Systemen und dem zunehmenden Datenverkehr steigt jedoch der Primärenergieverbrauch. Elektrische Energie muss stets umgewandelt werden, damit sie von den verschiedenen Systemen genutzt werden kann, daher nimmt auch der Bedarf an elektrischer Konversion zu. Allein in Europa gehen so jährlich schätzungsweise mehr als drei Terawattstunden an Energie verloren – die Elektrizitätsmenge, die von einem mittleren Kohlekraftwerk produziert wird.

Die effiziente Wandlung von Energie wird damit zum Schlüssel für Anwendungen in der Industrie 4.0, der KI und Co. Im Verbundprojekt „ForMikro-LeitBAN“ erforschen Wissenschaftler/innen verschiedener Einrichtungen technologische Maßnahmen, mit denen die Effizienz weiter erhöht und damit Ressourcen geschont werden. Voraussetzung dafür sind effizient schaltende Leistungshalbleiter, die eine hohe Energiedichte ermöglichen. In großem Maßstab eingesetzt, ließe sich mit ihnen spürbar Energie einsparen und einen relevanten Beitrag zur CO2-Reduzierung leisten.

Im Projekt soll Aluminiumnitrid (AIN) als neues Halbleitermaterial für diese Aufgabe entwickelt, an geeigneten Bauelementen wie AlN-Wafern getestet und für zukünftige Anwendungen in Systemen qualifiziert werden. Das für elektronische Anwendungen bislang wenig erforschte Halbleitermaterial bietet verglichen mit Silizium-Bauelementen einen bis zu 10.000-mal geringeren Durchlassverlust. Es zeichnet sich zudem durch eine sehr hohe Durchbruchsspannungsfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit aus – ideale Voraussetzungen für Leistungshalbleiter mit hoher Energiedichte und Effizienz.

Das Vorhaben wird bis 2023 mit 3,3Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Programm ForMikro gefördert.

Sie bereiten den Transfer dieser Technologie in eine industrielle Umgebung vor. Dies ist im Rahmen eines Folgeprojekts geplant. Ein Industriebeirat unterstützt die Arbeiten im Konsortium: Infineon für die Leistungselektronik, UMS für die Millimeterwellen-Technik und III/V-Reclaim für die Wiederverwertung der AlN-Wafer.

Folgende Partner beteiligen sich an ForMikro-LeitBAN und decken gemeinsam die komplette Wertschöpfungskette ab – vom AlN-Wafer bis hin zum Millimeterwellen oder leistungselektronischen System:

  • Ferdinand-Braun-Institut (FBH) (Projektkoordinator): AlN-Bauelementdesign und -Entwicklung
  • Fraunhofer IISB, Erlangen (IISB): AlN-Kristallzucht, Waferherstellung
  • TU Bergakademie-Freiberg (IAP): Prozessmodulentwicklung, Analytik
  •  Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU): Materialanalytik
  • Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (BTU): AlN-Millimeterwellen-Systeme
  • Technische Universität Berlin (TUB); AlN-Leistungselektronische Systeme

Weitere Informationen: https://www.elektronikforschung.de/projekte/formikro-leitban.

Ansprechpartner: 
Prof. Dr. Johannes Heitmann, Tel.: 03731/39-2590, und Alexander Schmid, Tel.: 03731/39-2595