Thomas Heckel von der Universität Erlangen-Nürnberg bzw. vom Fraunhofer-Institut für integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Erlangen widmete seinen Vortrag der Charakterisierung von GaN-Bauelementen und deren Einsatz in DC/DC-Wandlern. Er berichtete dabei von der Schwierigkeit, die ohnehin schon sehr hohen Wirkungsgrade genau zu bestimmen, und demonstrierte abschließend für eine 1,5 kW-Anlage einen Wirkungsgrad von 99,3% bei einer Schaltfrequenz von „nur“ 100 kHz, während mit 1 MHz nur 95% erreicht wurden.
Im ersten Vortrag zur Bauelementtechnologie zeigte Michael Schlechtweg vom Fraunhofer Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Freiburg die ganze Prozesskette beginnend mit der GaN-Epitaxie auf Silizium, die zu einem großen Kostenvorteil führen wird, bis hin zur Charakterisierung der fertigen High Electron Mobility Transistors (HEMTs), wobei er bereits statistische Daten zeigen konnte. Am Ende stand dann der Vergleich mit Siliziumbauelementen, der bereits heute mit einem Faktor von 3 10 in der für kapazitivgesteuerte Bauelemente wichtigen Kennzahl „Durchlasswiderstand mal Gate-Ladung“ zu Gunsten der GaN-HEMTs ausging.
Joachim Würfl vom Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik in Berlin ging bezüglich der Bauelementdesigns noch einen großen Schritt tiefer in die Details … wo bekanntlich der Teufel steckt. Dabei spannte er den Bogen vom zweidimensionalen Elektronengas (2DEG), dem Charakteristikum des HEMTs, bis hin zu den Effekten, die zu Leckströmen oder dem Verschwinden es 2DEG führen. Die gute Nachricht war dabei die Tatsache, dass viele Mechanismen inzwischen verstanden sind und manche Lösungen bereits gute Resultate zeigen. Zumindest bei niedrigen Sperrspannungen lassen sich so schon Bauelemente mit guter Zuverlässigkeit herstellen.
Nasser Badawi von der Technischen Universität Berlin untersuchte im abschließenden Vortrag das Verhalten von GaN-Schottky-Dioden und GaN-HEMTs bis hinauf zu 175°C. Es zeigten sich sehr positive Eigenschaften und es wurde deutlich, dass die Gehäuse hinsichtlich des Schaltverhaltens ein stark bergenzender Faktor sind. Hier gibt es noch erhebliches Verbesserungspotential, das sich derzeit aber nicht ohne erheblich höhere Kosten realisieren lässt.
Insgesamt bildeten die Vorträge das weite Spektrum an neuen Möglichkeiten mit GaN-Bauelementen ab. Gleichzeitig wurden aber auch die durchaus noch bestehenden Herausforderungen thematisiert, die es bis zu einer großflächigen Nutzung der GaN-Bauelemente zu bewältigen gilt. Darüber hinaus wurde mehrfach bemängelt, dass sich die großen internationalen Halbleiterhersteller bezüglich ihrer Pläne mit GaN bisher noch nicht exponieren.
Am Ende der Diskussion war das Votum der Teilnehmenden dann klar: Der Workshop war hilfreich und sollte in dieser Form in etwa zwei Jahren wieder stattfinden. Vielleicht haben sich die Halbleiterhersteller bis dahin auch zu einer Position durchgerungen. Für das weitere Vorgehen in der Forschung und Entwicklung der GaN-Bauelemente wäre das sicher hilfreich.