Heterointegration: Rosinen für bessere Chips

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Mehr Leistung und Funktionalität etwa in der Hochfrequenz- und Leistungselektronik verspricht die Kombination unterschiedlicher Halbleitertechnologien auf einem Chip. Die neuesten Entwicklungen dazu können Sie noch bis zum Freitag, den 17. November 2017, auf der productronica in München am Fraunhofer-Stand (Halle B2, Stand 317) sehen.

Mit dem bloßen Auge sind heutige Chip-Strukturen längst nicht mehr zu erkennen. Leiterbahnen nur noch wenige Atome breit. Als Garant für die Minituarisierung taugte seit Jahrzehnten das sogenannte „Moore’sche Gesetz„. Danach hatte sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip bei ähnlichen Kosten alle ein bis zwei Jahre zu verdoppeln.

„More than Moore“ – der neue Marschall-Plan von Intel und Co. – wendet sich von der reinen Skalierung der Bauteileanzahl ab. Dafür versucht die Halbleiterindustrie nun vermehrt die Funktionalität und Effizienz der Chips zu erhöhen. Etwa, indem sie verschiedene Halbleitertechnologien „monolithisch“ auf einem Chip integriert und damit das jeweils Beste aus verschiedenen Welten bekommt. So können Komponenten zur analogen und digitalen Signal- und Datenverarbeitung, Kommunikation oder Sensorik in extrem kleine und leistungsfähige Systeme integriert werden.

Heterointegration mit Galliumnitrid

Das Fraunhofer IAF setzt beim Bau monolithisch integrierter Schaltungen (ICs) für hohe Leistungen und Frequenzen auf das Halbleitermaterial Galliumnitrid (GaN). Es bietet hervorragende Leistungsdichten unter Beibehaltung bestehender Wirkungsgrade. Außerdem zeichnete es sich durch gute Hochfrequenzeigenschaften sowie einen geringen Energieverbrauch aus. Und es kann zusätzlich mit wesentlich höheren Spannungen arbeiten als Silizium. Damit eignet es sich ideal für Bauelemente der Leistungselektronik. Daneben „leuchtet“ Galliumnitrid bereits in blauen, grünen und weißen LEDs und „schaltet“ in den High Electron Mobility Transistors (HEMT) der Hochfrequenztechnik. Ein geschätztes Marktvolumen von 200 Mio. US-Dollar im Jahr 2020 bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 80 Prozent sorgt zusätzlich dafür, dass sich die Entwicklung in dem Bereich erheblich beschleunigt hat.

Heterointegration für den Mittelstand

Besonders für kleine und mittlere Unternehmenn eröffnet die Weiterentwicklung der Heterointegration eine Chance auf erschwingliche Hochleistungstechnologie. Für die Realisierung mittlerer Stückzahlen ist der Zugang zu dieser Schlüsseltechnologie essentiell. Daher wollen die BMBF Initiative FMD (Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland) gemeinsam mit den Instituten des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik und zwei Leibniz-Instituten den Zugang für Kleinserien nun ermöglichen.

Heterointegration – die Projekte

Zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung arbeitet das Fraunhofer IAF in den Projekten „Hyteck« und »CoGaN« an der Verwirklichung dieses Ziels. Das Ziel von „Hyteck“ ist eine eine kompakte Hybridintegrationsplattform für Hochfrequenz-Schaltkreise. „CoGaN“ forscht dagegen an neuartigen Packaging-Technologien für Galliumnitrid-basierte Hochfrequenz-Elektroniksysteme. Damit sollen die komplexen Bauteile bestmöglich vor Umgebungseinflüssen geschützt werden.

 

Das Fraunhofer IAF präsentiert die Ergebnisse der eigenen Forschung und der Kooperationen zum Thema auf der Messe productronica (Halle B2, Stand 317) vom 14. bis 17. November 2017 in München.

Heterointegration (Bild: Fraunhofer IAF)

Durch die Integration verschiedener Komponenten auf einer Platine entstehen extrem kleine und leistungsfähige Systeme. (Bild: Fraunhofer IAF).