Technologieentwicklung für Halbleitermaterial Galliumoxid gestartet
IKZ erhält Anlage zur Herstellung von Epitaxie-Wafern für Bauelemente in der Leistungselektronik
Das im September 2024 gestartete EFRE-Projekt G.O.A.L. „Galliumoxid-Applikations-Labor für die Leistungselektronik“ komplettiert die am IKZ geschaffene Wertschöpfungskette im Bereich Galliumoxid-Technologieentwicklung. Zu den bereits vorhanden Teilen Cz-Volumenkristallzüchtung und Wafering kommt nun der Baustein Epitaxie in Form einer 3x2" MOVPE (metallorganische Gasphasenepitaxie) der Firma AIXTRON hinzu. Diese Erweiterung schafft die Voraussetzung, das IKZ in der EU als einzigen Anbieter von 2-Zoll-Galliumoxid-epi-Wafern zum Technologie-Prototyping für Forschung und Industrie zu etablieren. Das IKZ investierte hierzu in den letzten drei Jahren zirka 5 Mio. € in moderne Anlagen entlang der Wertschöpfungskette.
Der Entwicklung von innovativen Lösungen für eine effiziente Leistungselektronik kommt eine entscheidende Rolle im Zusammenhang mit der Energiewende zu. Das neuartige Halbleitermaterial Galliumoxid besitzt das Potential für eine verlustarme und kostengünstige Leistungselektronik und könnte damit entscheidend zu einer solchen Lösung beitragen. Kofinanziert durch den Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE), zielt das am IKZ neu aufzubauende EFRE-Applikationslabor GOAL darauf ab, Galliumoxid-Epi-Wafer mit definierten und reproduzierbaren Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Es ist die stabile und zuverlässige Verfügbarkeit präziser Epitaxie-Wafer, die eine nachfolgende Bauelemente-Entwicklung überhaupt ermöglicht. In Japan, Korea und China gibt es bereits staatliche geförderte Programme, um eine vollständige Prozesskette für die Galliumoxid-Elektronik aufzubauen. In den USA wird das Thema wesentlich von der US Air Force entwickelt. Dies zeigt die Dringlichkeit für Europa bzw. Deutschland, hier nicht den Anschluss zu verlieren. Das Labor will sich daher als EU-weiter Forschungspartner und Anbieter für 2-Zoll-Galliumoxid-Epitaxie-Wafer als Basismaterial für Bauelemente für die Leistungselektronik etablieren. Dabei kann es auf ein Netzwerk von Forschungseinrichtungen und kleinen und mittleren Unternehmen der Region Berlin-Brandenburg zurückgreifen; wesentliches Materialverständnis des Galliumoxids wurde über Jahre gemeinsam mit Partnern im Leibniz-Science Campus ‘Growth & Fundamentals of Oxides (Grafox) I & II’ unter Leitung des Paul-Drude-Institutes (PDI) erarbeitet.
Galliumoxid-Leistungselektronik adressiert dabei verschiedene Anwendungsfelder. Neue Märkte eröffnen sich vor allem auf der Ebene der Halbleitertechnologien (Wafer, Transistoren, Leistungsmodule) und durch höhere Wertschöpfung in der Elektronikindustrie mit leistungselektronischen Wandlern für beispielsweise E-Mobilität, Photovoltaik, Windkraft und Kraftwerksumbau. Um das Material in die Anwendung zu bringen und die Entwicklung von Bauelementen zu ermöglichen, werden Wafer-Schicht-Systeme mit Abmessungen von mindestens 2 Zoll benötigt. Hierzu wird das EFRE-GOAL-Projekt mit Hilfe der Investmittel von AIXTRON mit einer entsprechend geeigneten metallorganischen Gasphasenepitaxie-Anlage im industriellen Maßstab ausgestattet. Der Epitaxie-Prozess wird in Zusammenarbeit mit Technlogie-Entwicklern (z.B. Ferdinand-Braun-Institut Berlin) auf 2 Zoll weiterentwickelt. Volumenkristalle und deren Bearbeitung werden durch das Institut selbst auf die größeren Durchmesser entwickelt und zur Verfügung gestellt, zum Teil arbeitet das IKZ hier mit weiteren Berliner Unternehmen wie CrysTec GmbH, LayTec etc. zusammen.
Innovative und disruptive Technologien sind der Schlüssel, um die Herausforderungen unserer modernen Gesellschaft in Bezug auf Energie, Mobilität, Kommunikation, Gesundheit und Klima etc. zu meistern. Insbesondere neue und innovative Materialien sind in der Lage, diese Technologien entscheidend voranzutreiben und neue Lösungsansätze zu ermöglichen. Grundlage für die Entwicklung von neuen Technologien ist jedoch die Verfügbarkeit von Materialien mit genau definierten und zuverlässig reproduzierbaren Eigenschaften. GOAL wird diese Lücke in der Wertschöpfungskette für Galliumoxid schließen und damit die Innovationsfähigkeit und Technologiesouveränität Berlins, Deutschlands und Europas stärken.
Die Ergebnisse aus GOAL werden veröffentlicht mit dem Ziel, in Deutschland Innovationsprozesse auszulösen und zu stärken. Durch die hohe Industrierelevanz ist auch eine direkte Verwertung in der Halbleiter- und Leistungselektronikindustrie (wie BOSCH, Infineon, ZF etc.) zu erwarten. Auch das im April 2025 gegründete IKZ-Startup „NextGO-Epi“ wird mit GOAL seine Erfolgschancen deutlich verbessern.
Kontakt:
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung
Projektleiter
Dr. Andreas Popp
+49 30 246499-312
andreas.popp(at)ikz-berlin.de
www.ikz-berlin.de
Pressemitteilung IKZ vom 15.04.2025