GaN hochintegriert mit Si-CMOS für zuverlässige, kostengünstige Stromversorgungssysteme
Leistungselektronik ist die Schlüsseltechnologie, um den Fluss elektrischer Energie zwischen Quelle und Last für eine Vielzahl von Anwendungen zu steuern, von den GWs in Energieübertragungsleitungen, den MWs in Datenzentren, die das Internet versorgen, bis zu den mWs in Mobiltelefonen. Halbleiter mit breiter Bandlücke, wie GaN, nutzen ihre Fähigkeit, bei höheren Spannungen, Temperaturen und Schaltfrequenzen mit höheren Wirkungsgraden zu arbeiten. Das GaNonCMOS-Projekt zielt darauf ab, GaN-Leistungselektronik-Materialien, -Bauelemente und -Systeme auf die nächste Stufe der Reife zu bringen, indem die bisher am dichtesten integrierten Materialien bereitgestellt werden. Diese Entwicklung wird eine neue Generation von dichtintegrierter Leistungselektronik vorantreiben und den Weg zu kostengünstigen, hochzuverlässigen Systemen für energieintensive Anwendungen ebnen. Dies wird durch die dichte Integration von GaN-Leistungsschaltern mit CMOS-Treibern unter Verwendung verschiedener Integrationsschemata von der Gehäuse- bis zur Chipebene, einschließlich Waferbonding zwischen GaN auf Si(111)- und CMOS auf Si(100)-Wafern realisiert werden.
IHP's Beitrag
Das IHP trägt zu allen drei Ansätzen bei: Package-, Stack- und Chip-Level-Integration. Für die Package- und Stack-Level-Integration wird die Standard-BiCMOS-Technologie verwendet, während für die Chip-Level-Integration die Optimierung verschiedener BiCMOS-Prozessschritte zwingend erforderlich ist, um den hohen Integrationsgrad auf Basis des Waferbonding zu ermöglichen. Das IHP wird die Treiber- und Steuerschaltungschips für die hochfrequenten d-mode- und e-mode-GaN-Schalter für Frequenzen bis zu 300 MHz herstellen. Nach der Charakterisierung dieser Bausteinschaltungen wird der gesamte Steuerchip entworfen und die fertigen Chips werden an die Partner für die Systemmontage geliefert. Für die zweite Stufe der Demonstratoren kann ein Re-Design des CMOS-Chips notwendig sein, um die volle Funktionalität entsprechend der Spezifikationen zu gewährleisten.
Förderung
Dieses Projekt wird durch die Europäische Union gefördert.
Projektpartner
- KU Leuven
- IBM Zürich
- Epi-GaN
- IAF
- Tyndall National Institute
- Recom
- AT&S
- X-FAB
- NXP
- PNO