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www markttechnik de Nr 1–2 2024 16 ringen Ausschuss an den Kanten Dies gilt nicht nur innerhalb eines Wafers sondern ist auch von Wafer zu Wafer reproduzierbar In den Diagrammen zeigen sich die Eigenschaften von mehr als 100 Wafern und sie belegen dass der Prozess sehr stabil ist und eine hohe Ausbeute aufweist So ist es Innoscience gelungen die Kosten für den GaN-Chip wettbewerbsfähig zu halten Aber es gibt noch einen weiteren Aspekt GaN hat eine Güte FoM Figure of Merit Ron × Qg die zehnmal besser ist als die von Silizium GaN kann damit bei viel höheren Frequenzen schalten und dabei einen hohen Wirkungsgrad beibehalten Bild 4 Somit lassen sich kleinere passive Bauelemente verwenden was die Leistungselektronik bzw Stromversorgung kleiner und oft auch kostengünstiger macht Ein weiterer Vorteil von GaN ist dass keine Body-Diode vorhanden ist Somit entfällt der Sperrverzögerungs-Rückstrom Bild 5 Daher können anstelle komplexer Aufbauten wie z Beiner brückenlosen Leistungsfaktorkorrektur PFC mit doppelter Verstärkung die üblicherweise mit Si-Bauteilen zum Einsatz kommt viel einfachere Systeme wie etwa eine Totem-Pole-Konfiguration eingesetzt werden Dies reduziert die Anzahl der benötigten Komponenten und spart Kosten GaN-Bauelemente sind also preislich mit Si konkurrenzfähig und ermöglichen kleinere und einfachere Systeme die oft kostengünstiger sind als jene mit entsprechenden Si-Bauelementen GaN ist also nicht teurer als Si und preislich durchaus wettbewerbsfähig Kommen wir nun zum zweiten Mythos über GaN – potenziell mangelnde Zuverlässigkeit Erstens ist GaN keine neue Technologie auch wenn sie erst jetzt in Serienanwendungen der Leistungselektronik eingesetzt wird Sie wird bereits seit mindestens 20 Jahren erforscht entwickelt und beschrieben So sind die Degradationsalso Verschlechterungsmechanismen – zeitabhängiger Durchbruch Einfangen Trapping von Ladungsträgern und die Abnutzung durch heiße Ladungsträger – gut bekannt und können berücksichtigt werden Damit können die Bauelemente so entsprechend ausgelegt werden Kürzlich und auch aufgrund eines von Dr Bahl von Texas Instruments veröffentlichten White-Bi ld Inn os ie nc e Bild 6 Das Verhältnis zwischen statischem und dynamischem Durchlasswiderstand sollte unter 20 Prozent liegen Ein über 1000 Stunden durchgeführter JEDEC-180-Test zeigt dass der Einschaltwiderstand bei InnoGaN-Bauteile für hohe Spannung sowie für niedrige Spannung deutlich unter 20 Prozent bleibt Bi ld Inn os ci en ce Prozessverbesserungen so schnell umzusetzen Innoscience hat auch die Lehren gezogen die auch für Silizium als Pionier bereits in der Vergangenheit gezogen wurden indem es die Wafer-Durchmesser vergrößert und dadurch die Kosten pro Chip gesenkt hat Seit seinen Anfängen hat sich Innoscience auf 8-Zoll-Wafer konzentriert Betrachtet man einen 2 mm × 2 mm großen Chip so können auf einem 6-Zoll-Wafer 3886 Bauteile hergestellt werden Mit 8-Zoll-Wafern steigt diese Zahl auf 7265 Durch die nahezu doppelte Anzahl von Chips die pro Wafer hergestellt werden können sinken die Kosten für das einzelne Bauteil um 30 bis 40 Prozent selbst wenn man den höheren Preis des Epi-Wafers berücksichtigt Schließlich hat Innoscience die Epitaxie und die Verarbeitung der Bauelemente optimiert um die Ausbeute zu maximieren Bild 3 zeigt eine sehr hohe Gleichmäßigkeit des Einschaltwiderstands R DS on und des Leckstroms I DSS über den gesamten Wafer mit nur einem ge-Bild 5 Bei GaN gibt es keine Body-Diode Damit entfällt der Sperrverzögerungs-Rückstrom und es sind einfachere Systeme wie etwa Totem-Pole-Konfigurationen realisierbar Fokus