Unser institutsübergreifendes Technologieangebot im Bereich »Leistungselektronik«

Leistungselektronik

Die Technologieplattform Leistungselektronik bietet fundierte Kenntnisse in der Materialforschung und Verarbeitung von Halbleitern mit großer Bandlücke (WBG) wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). Im Vergleich zur herkömmlichen Leistungselektronik auf Si-Basis, ermöglichen die WBG-Halbleiter Geräte, die energieeffizienter sind und auch bei höheren Betriebstemperaturen ein schlankeres Modul- / Systemdesign aufweisen. In unseren einzigartigen Reinraumanlagen sind wir in der Lage, Geräte in Si-, SiC- oder GaN-basierte Technologien einzubauen.

 

Die FMD bietet tiefgreifendes Know-how in der Materialforschung und der Prozessierung von Wide Bandgap (WBG) Halbleitern wie Siliziumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN):

  • Vollintegrierte 150 mm-Linie zur Herstellung von hochmodernen SiC-Geräten; Integration auf kostengünstigen 200 mm Si-Substraten für GaN-basierte Technologien
  • Fähigkeit zur Herstellung von Si-, SiC- oder GaN-basierten Technolgien
  • Neue Gerätekonzepte wie vertikale GaN-Transistoren, Al-GaN-/GaN-basierte Geräte für schnelle Schaltvorgänge und künftige WBG Halbleiter wie Aluminiumnitrid (AlN) und Galliumoxid (Ga2O3)
  • Integration von Einzelgeräten in Module und Systeme: Heterogene-System-Integration ebenso wie Charakterisierung von Einzelgeräten, integrierten Modulen oder kompletten Systemen

Flyer Leistungselektronik

Download Flyer

 

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Kompakte, smarte und zuverlässige Antriebseinheit für Elektrofahrzeuge

 

Modulare Multi-Level Konverter

Eine Schlüsseltechnologie für effiziente und kostengünstige leistungselektronische Systeme

600 V Full Bridge Cell for Modular Converters

GaN-Schaltungen

Wide-Bandgap Leistungselektronik

Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland zeigt mit ihren 13 Mitgliedsinstituten der Fraunhofer-Gesellschaft und Leibniz-Gemeinschaft Forschungsleistungen von internationaler Exzellenz. Damit trägt die FMD dazu bei, dass Deutschland und Europa einen Spitzenplatz in der Forschung und Entwicklung einnehmen. Einige ausgewählte Forschungshighlights und Leuchtturmprojekte im Bereich Wide-Bandgap Leistungselektronik finden Sie nachfolgend.

Die Liste aller Publikationen für die Technologieplattform Leistungselektronik zum Download:

Europaweit einzige (und international anerkannte) 150 mm Forschungs- und Entwicklungsplattform für 4H-SiC-Bauelemente

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Am Beispiel des am Fraunhofer IISB aufgebauten Moduls Backend of Line Processing for SiC möchten wir zeigen, wie die Investitionen vor Ort genutzt werden, um die technologischen Fähigkeiten der Institute auszubauen und so eine übergreifende Zusammenarbeit anzuregen.

Maßgeschneiderte SiC-Services

  • Demonstration von SiC JBS-Dioden mit rückgedünnten Substraten mit amerikanischem Partner
  • Demonstration von hybrid- und vollintegrierten Lasttrennschalter mit deutsch/japanischem Konsortium unter Nutzung von SiC JFET-Technologie (Patente: DE 102016207859 B3 + Familien EP/US, US 000010325984 B2)
  • Demonstration SiC-CMOS Verstärkerschaltungen für Hochtemperaturanwendungen

Kooperationen:

EU-Projekt SPEED (EU-FP7)
BMBF-Projekt SiC DC-Breaker
EU-Projekt: iREL4.0 (H2020, ECSEL/BMBF)

Veröffentlichungen:

Rusch, O. et al. (2019): Influence of Trench Design on the Electrical Properties of 650V 4H-SiC JBS Diodes, Silicon Carbide and Related Materials 2018, 12th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ECSCRM 2018), DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.963.549

Rusch, O. et al. (2019): Reducing On-Resistance for SiC Diodes by Thin Wafer and Laser Anneal Technology, International Conference on Silicon Carbide & Related Materials (ECSCRM 2019), http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-565413.html

Abbasi, A. et al. (2019): Characterization of a Silicon Carbide BCD Process for 300°C Circuits, IEEE 7th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications (WiPDA) 2019, DOI: 10.1109/WiPDA46397.2019.8998920

Albrecht, M. et al. (2019): 12th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ECSCRM 2018), DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.963.827

Albrecht, M. (2017): Experimental verification of a self-triggered solid-state circuit breaker based on a SiC BIFET, 11th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2016 (ECSCRM 2016), DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.897.665

Weiterführende Informationen:

Maßgeschneiderte SiC-Services: SiC-Kernkompetenzen und SiC-Materialentwicklung

Weltweit einziger Forschungsverbund mit vollständiger Fertigungskette für alle Aufbautechniken von Leistungsmodulen

Prüfeinrichtung hetero-höchstintegrierte Leistungselektronik: Switching Cell in Package. Entwicklung von höchstintegrierten leistungselektronischen Schaltungen durch geeignete experimentelle Ausrüstung, durch bessere Kenntnis der Wirkmechanismen können Technologie und Performance schneller vorangetrieben werden.
© Fraunhofer IZM
Prüfeinrichtung hetero-höchstintegrierte Leistungselektronik: Switching Cell in Package. Entwicklung von höchstintegrierten leistungselektronischen Schaltungen durch geeignete experimentelle Ausrüstung, durch bessere Kenntnis der Wirkmechanismen können Technologie und Performance schneller vorangetrieben werden.
  • Innerhalb der Technologieplattform Leistungselektronik bieten wir eine vollständige Fertigungskette für alle Aufbautechniken von Leistungsmodulen
  • Technologieübergreifender Entwurf von Modulen mit Schwerpunkt schnellstes Schalten (WBG) und niederinduktiver Aufbau
  • Entwicklung und Anwendung von neuen Packaging-Technologien
  • Führender Anbieter von Schaltverlustmessungen bei schnellsten Halbleitern mit höchster Genauigkeit
  • Sämtliche Test zur Qualifizierung von Modulen

Kooperationen:

BMBF-gefördertes Projekt SiCModul
BMBF-gefördertes Projekt SiCEffizient

Veröffentlichungen:

Klein, K. et al. (2020): Low inductive full ceramic SiC power module for high-temperature automotive applications, PCIM 2020, Nürnberg

Klein, K. et al. (2020): Power module design for utilizing of WBG switching performance, PCIM 2020, Nürnberg

Kuczmik, A. et al. (2020): Double pulse vs. indirect measurement: Characterizing switching losses of integrated power modules with wide bandgap semiconductors, CIPS 2020; 11th International Conference on Integrated Power Electronics Systems. https://ieeexplore.ieee.org/document/9097719

Weiterführende Informationen:
Leistungselektronik-Lösungen für den Automobilbereich am Fraunhofer IZM

WBG Aufbau- und Verbindungstechnik für leistungselektronische Module am Fraunhofer IISB

 

»Wir müssen Bauelemente entwickeln, die Energie effizienter wandeln.«

Technologiepark-Manager Dr. Andreas Grimm spricht im Interview über die Herausforderungen und Chancen in der Leistungselektronik.