Berlin (Labnews Media LLC) – Im EU-geförderten Projekt All2GaN arbeiten 45 Partner aus zwölf Ländern daran, das Energiesparpotenzial von Galliumnitrid-Halbleitern (GaN) für eine Vielzahl industrieller Anwendungen nutzbar zu machen. Das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM übernimmt dabei eine zentrale Rolle bei der Entwicklung innovativer Fügetechnologien.
Galliumnitrid gilt als einer der wichtigsten Halbleiterwerkstoffe für die Elektronik der Zukunft. Im Vergleich zu Silizium ermöglicht GaN höhere Leistungsdichten, geringere Schaltverluste und höhere Frequenzen – ein entscheidender Vorteil für Anwendungen in Telekommunikation, Rechenzentren, Elektromobilität, erneuerbaren Energien und Smart-Grid-Systemen.
Im Projekt All2GaN werden die entwickelten GaN-Bauelemente in elf industriellen Use-Case-Demonstratoren getestet. Über alle Anwendungsfälle hinweg erwarten die Forschenden eine durchschnittliche Verlustreduktion von rund 30 Prozent. Langfristig soll eine Integrations-Toolbox entstehen, die eine neue Generation modularer, leicht integrierbarer GaN-Leistungshalbleiter ermöglicht.
Das Fraunhofer IZM konzentriert sich auf die Thermokompression als Fügetechnologie. Besonders vielversprechend ist dabei das am Institut entwickelte nanoporöse Gold (NPG). Dieses Material besteht aus einem dreidimensionalen Netzwerk feiner Goldligamente im Nanometerbereich und ermöglicht lötfreie, hochpräzise Verbindungen mit Strukturgrößen unter 10 Mikrometern. Es bietet ein erweitertes Prozessfenster, gleicht Oberflächentopographien aus und erlaubt stoffschlüssige Verbindungen bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen.
Das Projekt All2GaN ist Teil der europäischen Strategie zur Umsetzung des Green Deal. Die hochgerechneten Einsparpotenziale sind erheblich: Mit korrekter Anwendung GaN-basierter Schaltungen könnten in der EU langfristig rund 86 TWh pro Jahr eingespart werden. Das entspricht etwa 43 Megatonnen CO? jährlich. Global wären es sogar rund 218 Megatonnen CO? – ungefähr die jährlichen Emissionen eines mittleren Industrielandes wie Spanien.
Das Projekt läuft vom 1. Mai 2023 bis 30. Oktober 2026 und wird im Rahmen des Chips Joint Undertaking mit insgesamt 60 Millionen Euro gefördert, darunter 4,81 Millionen Euro vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) und 40.000 Euro vom Freistaat Thüringen.
Die Entwicklung nanoporösen Golds als Verbindungstechnologie unterstreicht die Rolle des Fraunhofer IZM bei der Schaffung energieeffizienter und nachhaltiger Elektronik der nächsten Generation. Die Ergebnisse sollen nicht nur die Leistungsfähigkeit, sondern auch die Miniaturisierung und Ressourceneffizienz zukünftiger GaN-Systeme entscheidend verbessern.
