SiC-Services

Maßgeschneiderte SiC-Lösungen aus einer Hand – vom Material bis zum System

Das Fraunhofer IISB ist Deutschlands Hotspot für die Fertigung von Siliziumkarbid-Leistungsbauelementen in einer 150-mm-SiC-Linie. Basierend auf unserer langjährigen Projekterfahrung mit Partnern aus Industrie und Forschung bieten wir verschiedene Bauelemente-Prototypen für die Märkte der Zukunft an. Derzeit fahren wir unsere 200-mm-SiC-Linie hoch - viele Geräte und Prozesse sind bereits konfiguriert und die Inbetriebnahme der Linie ist zeitnah geplant.

4H-SiC ist aufgrund seiner herausragenden Materialeigenschaften der ideale Halbleiter für Bauelemente unter hohen Spannungen und mit hohen Leistungen. Am Fraunhofer IISB ist SiC ein Querschnittsthema der Abteilungen und in enger Zusammenarbeit mit unserer π-Fab bedienen wir die gesamte Kette von der Materialentwicklung über Prototypen bis hin zur Modulmontage und mechatronischen Systemintegration.

Unsere Kernkompetenzen

  • Simulation und Modellierung
  • Homoepitaxie und Defekt-Engineering
  • Design von Bauelementen und Schaltungen
  • Herstellung von Leistungsbauelementen
  • Wafer Thinning und AVT
  • Bauelementecharakterisierung

SiC-Bauelemente-Prototypen

  • Dioden (SBD, PIN, MPS)
  • MOSFETs (Planar- und Trench-Technologie)
  • Sonderbauelemente (bipolar, CMOS, Sensorik)
  • Unterstützung von Kunden bei der Qualifizierung von High-Volume-Foundries

Märkte

  • (Hybrid-)Elektrofahrzeuge
  • Erneuerbare Energien (Solar- und Windkraft)
  • Stromnetze

SiC-Materialien

Entwicklung und Optimierung von SiC-Epitaxieprozessen

 

Wir entwickeln SiC-Epitaxieprozesse mit dem Schwerpunkt auf der Verbesserung der Materialqualität. Modernste Messverfahren wie UV-PL oder XRT und die Möglichkeit, komplette Bauelemente in unserer durchgängigen SiC-Prozesslinie herzustellen, erlauben es, die Eigenschaften der Epitaxieschichten mit den elektrischen Parametern der prozessierten Bauelemente zu korrelieren. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen entwickeln wir Lösungen zur Vermeidung von kritischen Kristall- bzw. Bauelementdefekten.

Darüber hinaus wird das Potenzial von SiC & Diamant für Quantenanwendungen erforscht. Hier untersuchen wir insbesondere, wie sich Farbzentren in SiC oder Diamant erzeugen lassen.

SiC-Bauelemente

Entwicklung und Prototypen-Fertigung von SiC-Bauelementen aus einer Hand

Wir bieten Lösungen aus einer Hand für die Entwicklung und Prototypen-Fertigung von SiC-Bauelementen, -Schaltungen und -Systemen. Das Fraunhofer IISB betreibt dazu eine komplette 150-mm-SiC-Prozesslinie zur Erforschung und Anwendung der entsprechenden Technologien. Das breite Spektrum unseres Angebots umfasst unter anderem Machbarkeitsstudien zu neuen Bauelementekonzepten, Technologieentwicklung für Bauelementeoptimierung sowie Kleinserienfertigung für kleine und mittlere Unternehmen. Der Einsatz fortschrittlicher TCAD-Prozess- und Bauelementesimulationen unterstützt die Bauelementeentwicklung und trägt dazu bei, Markteinführungszeiten bei unseren Partnern zu verkürzen.

© Kurt Fuchs / Fraunhofer IISB

SiC-Bauelemente-Fertigung am Fraunhofer IISB

Tobias Erlbacher, Leiter der Abteilung Halbleiterbauelemente, erläutert, wie die gesamte Wertschöpfungskette vom Material bis zum leistungselektronischen System durch das Angebot des Fraunhofer IISB abgedeckt wird. Unsere in Europa einzigartige 150-mm-SiC-Pilotprozesslinie ermöglicht es, Herstellungstechnologien für innovative Leistungsbauelemente zu untersuchen und zu optimieren.

IC Services des Fraunhofer IISB bei EUROPRACTICE

Im Rahmen von EUROPRACTICE bietet das Fraunhofer IISB Zugang zu seiner 2-µm-SiC-CMOS-Technologie einschließlich NMOS- und PMOS-Transistoren sowie passiven Bauelementen und pn-Dioden für integrierte Schaltungen. Diese Schaltungen können bei Temperaturen über 300 °C (bis ca. 600 °C) betrieben werden. Zusätzliche Prozessmodule sind verfügbar für Hochvoltbauelemente, Einzeltransistoren und SiC-Bauelemente-Templates, die über CMOS-Schaltungen hinausgehen.

Zu den Anwendungen für diese Technologie gehören integrierte Schaltungen jenseits von Silizium für extreme Umgebungsbedingungen – einschließlich hoher Temperaturen und Strahlenbelastung. Darüber hinaus kann die Technologie angepasst werden, um spezielle optische SiC-Bauelemente und -Quantensensoren-Templates herzustellen.

Weitere Informationen finden Sie hier.

SiC-Aufbau- und -Verbindungstechnik (AVT)

AVT-Lösungen, welche die Vorteile von SiC-Bauelementen nutzen

Das Fraunhofer IISB bietet eine Vielzahl von AVT-Lösungen für Wide-Bandgap-Bauelemente, insbesondere für SiC. Dabei werden die besonderen Eigenschaften der Bauelemente ausgenutzt, wie z. B. hohe Schaltgeschwindigkeiten, Schaltfrequenzen und Sperrspannungen sowie die Möglichkeit zum Betrieb bei hohen Temperaturen. Das AVT-Labor des Fraunhofer IISB verfügt über Technologien für verschiedene Szenarien - von speziellen Einzelbauelementen bis hin zur Kleinserienfertigung von Multichip-Modulen. Unsere Messtechnik erlaubt die komplette elektrische Charakterisierung und Zuverlässigkeitsbewertung der Module, die durch den Einsatz von fortschrittlichen Simulations- und Modellierungswerkzeugen ergänzt werden.

SiC-Systeme

SiC-Bauelemente in hocheffizienten leistungselektronischen Systemen

Am Fraunhofer IISB erforschen wir den Einsatz von innovativen SiC-Bauelementen in hocheffizienten leistungselektronischen Systemen und bewerten die Bauelemente im Hinblick auf die Nutzung im industriellen und Automotiv-Bereich.

Beispielsweise können Frequenzumrichter für elektrische Antriebe die Vorteile von SiC-Bauelementen ausnutzen. Elektromotoren sind die größten Verbraucher elektrischer Energie in der Industrie. Um die Energieeffizienz der Antriebe weiter zu steigern, werden mittlerweile fast nur noch drehzahlveränderliche Antriebe eingesetzt. Die Frequenzumrichter, welche die Antriebe mit einem Gleichstromkreis koppeln, können von den SiC-Materialeigenschaften besonders profitieren: Höhere Spannungsklassen, geringere Durchlassverluste sowie höhere Schaltfrequenzen ermöglichen höhere Leistungsdichten und eine verbesserte Gesamtsystemeffizienz.

Im Rahmen des Projekts DC INDUSTRIE werden die Gleichstromkreise der Antriebe durch ein fabrikweites Gleichstromnetz verbunden, um so unnötige Umwandlungsverluste zu vermeiden. Damit kann die Bremsenergie unmittelbar anderen Verbrauchern zugeführt werden. Für die Betriebsspannungen von bis zu 800 V sind aktuelle 1200-V-SiC-Bauelemente perfekt geeignet.

TRANSFORM - Europäische SiC-Wertschöpfungskette für eine grünere Wirtschaft

© Fraunhofer IISB
200-mm- und 150-mm-SiC-Wafer im Vergleich.

Das IISB baut mit dem europäischen Projekt TRANSFORM eine vollständige und äußerst wettbewerbsfähige europäische Lieferkette für Leistungselektronik auf Basis von Siliziumkarbid (SiC)-Leistungshalbleitern auf.

Die Partner im von der EU und dem BMBF geförderten ECSEL-Projekt TRANSFORM bauen eine äußerst wettbewerbsfähige europäische Lieferkette für die SiC-Leistungselektronik auf. Einen Schwerpunkt stellt hierbei die Entwicklung einer Halbleitertechnologie für künftige SiC-Substrate mit 200 mm Durchmesser dar, welche die Kosten für SiC-Leistungsbauelemente deutlich senken wird - aktuell sind Substrate mit 150 mm Durchmesser Stand der Technik.

Das IISB entwickelt im Joint Lab in enger Partnerschaft mit den Geräteherstellern

  • Prozesse für einen fortschrittlichen Multi-Wafer-SiC-Epitaxiereaktor der Firma Aixtron,
  • neuartige Anlagen zur Aktivierung von Implantationen und Substratoxidation der Firma Centrotherm,
  • sowie innovative Materialcharakterisierung mittels Röntgentopographie mit der Firma Rigaku.

Der enge wissenschaftliche Austausch bietet auch den im Projekt beteiligten Substrat- und Bauelementherstellern wertvolles Feedback, um den Übergang zu 200-mm-Technologien zu beschleunigen und die Qualität und Zuverlässigkeit der Substrate, Epitaxieschichten und Bauelemente weiter zu verbessern.

TRANSFORM Homepage