Leistungselektronik und UV-Photonik AlN-Wafer mit vier Zoll erschließen neue Elektronik-Anwendungen

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Aluminiumnitrid (AlN) bietet als Ultrawide-Bandgap-Halbleiter überzeugende physikalische Eigenschaften. Doch bisher waren Wafer auf zwei Zoll begrenzt. Ein Konsortium will jetzt Wafer mit vier Zoll in die industrielle Nutzung überführen.

Wenn elektronische Systeme effizienter, kleiner und robuster werden sollen, dann gewinnen sogenannte Ultrawide-Bandgap-Halbleiter zunehmend an Bedeutung. Aluminiumnitrid (AlN) nimmt aufgrund seiner Eigenschaften innerhalb dieser Materialklasse eine Schlüsselrolle ein. Gerade in der Leistungselektronik sowie der UV-Photonik verspricht das Material enorme technologische Fortschritte, stand bisher jedoch nur in begrenzter, kostenintensiver Größenordnung zur Verfügung.

Um die industrielle Produktion von AlN in größerem Umfang wirtschaftlich attraktiv zu gestalten und neue Anwendungen zu erschließen, bündeln drei führende Institute und Unternehmen ihre Kompetenzen. Das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ), Siltronic und PVA TePla verfolgen das Ziel, eine reproduzierbare, qualitativ hochwertige 4-Zoll-AlN-Wafertechnologie zu entwickeln.

Kompaktes Design und mehr Effizienz

Aluminiumnitrid zeichnet sich durch eine außergewöhnlich breite Bandlücke, hohe elektrische Durchbruchfeldstärken, exzellente thermische Leitfähigkeit sowie hohe optische Transparenz im UV-Bereich aus. Diese Eigenschaften erlauben kompaktere Bauweisen und erhebliche Effizienzsteigerungen bei Anwendungen, die bisher nur mit großem technischem und finanziellem Aufwand realisiert werden konnten.

Bislang erfolgt die AlN-Wafer-Produktion überwiegend auf Basis kleinerer Zwei-Zoll-Wafer, was noch eine deutliche Barriere zur breiten industriellen Nutzung darstellt. Die nun anvisierte Skalierung auf einen Kristalldurchmesser von vier Zoll soll genau diese Hürde beseitigen, indem sie Mengenproduktion und damit Kosteneinsparungen ermöglicht.

Vier-Zoll-Wafer in der Industrie

Eine industrielle 4-Zoll-AlN-Wafertechnologie könnte sich nachhaltig auf Felder wie Elektromobilität, erneuerbare Energien und Hochleistungsindustrie auswirken. Gleichzeitig eröffnet sich enormes Potenzial in der UV-Photonik: Dazu zählen Technologien zur UV-gestützten Desinfektion, beispielsweise zur Vermeidung von Pandemien oder für Wasseraufbereitungsanlagen, UV-basierte Fertigungstechnologien sowie Sensorkomponenten und medizinische Anwendungen.

Die Projektpartner bringen unterschiedliche, komplementäre Kompetenzen ein: Das IKZ überzeugt mit langjähriger Erfahrung in der Kristallzüchtung von AlN, die eine exzellente technologische Ausgangslage bietet. Siltronic liefert profundes Know-how in der industriellen Substratherstellung und der Präzisionsmetrologie. Ergänzend dazu stellt PVA TePla wiederum seine Expertise bei hochkomplexen Kristallzuchtanlagen und speziell Physical-Vapor-Transport- (PVT)-Technologien zur Verfügung. Das Verfahren hat sich im Bereich Siliziumkarbid (SiC) bereits bewährt.

„Die Erweiterung auf vier Zoll markiert einen bedeutenden Schritt Richtung Massenproduktion und wirtschaftlicher Einsatzfähigkeit von AlN“, erklären die Projektpartner. „Dank dieser Synergien bündeln wir die Stärken jedes einzelnen Partners und überwinden technische Herausforderungen in dieser zukunftsentscheidenden Technologie.“ (heh)

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