Panasonic entwickelt GaN-Dioden mit Hochstrombetrieb und niedriger Einschaltspannung

Die Panasonic Corporation hat heute bekannt gegeben, dass das Unternehmen Galliumnitriddioden (GaN) entwickelt hat, die nicht nur mit hohen Stromstärken betrieben werden können – viermal so hoch wie die, die mit herkömmlichen Siliciumcarbiddioden (SiC) möglich sind^*1. Dank der niedrigen Einschaltspannung können sie auch mit niedriger Spannung betrieben werden. Die Herstellung dieser neuen Dioden wurde durch eine neu entwickelte Hybridstruktur ermöglicht. Diese wird durch eine gesondert integrierte Struktur gebildet, die aus einer Niederspannungseinheit und einer hochstromfesten Einheit besteht, um für Situationen mit hoher Spannung gerüstet zu sein.

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Bei herkömmlichen Siliciumdioden (Si) sind die Möglichkeiten der Reduzierung von Schaltverlusten eingeschränkt. Für Dioden auf der Grundlage von SiC – einer Verbindung, die wie GaN als vielversprechender Leistungshalbleiter der nächsten Generation gilt – ist andererseits eine größere Chipfläche erforderlich, um den Betrieb mit Hochstrom zu ermöglichen. Dies bringt aufgrund der höheren Betriebsfrequenzen Einschränkungen bei der Reduzierung von Schaltverlusten und Größe mit sich.

Mit den neu hergestellten GaN-Dioden konnte gleichzeitig ein Betrieb mit hohen Stromstärken und eine geringe Schwellenspannung realisiert werden. Sie können daher auch mit einer kleinen Chipfläche hohe Spannungen bewältigen. Die Kapazität des Chips kann daher so reduziert werden, dass geringere Schaltverluste möglich werden, damit das Gerät bei höheren Frequenzen betrieben werden kann. Infolgedessen kann die Verwendung von GaN-Dioden in den Spannungswandlungs- oder Inverterschaltkreisen von Kfz- oder Industrieausrüstung, die hohe Spannung benötigen, aufgrund des Hochfrequenzbetriebs die Systemgröße reduzieren.

Dieses neu entwickelte Produkt hat folgende Vorteile:

·Betrieb mit Hochstrom: 7,6 kA/cm² (etwa viermal^*1)
·Niedrigere Einschaltspannung: 0,8 V
·Niedriger Einschaltwiderstand (RonA): 1,3 mOcm² (Reduzierung um etwa 50 %^*1)

Die Dioden wurden auf Grundlage folgender Technologien konzipiert.

Hybridstruktur der GaN-Dioden mit eingekerbter p-GaN-Schicht:

Wir haben eine hybride GaN-Diode mit einer Schicht des p-Typs mit Kerben geplant und eine Verarbeitungstechnologie entwickelt, mit der eine Schicht des p-Typs auf einer Schicht des n-Typs selektiv entfernt werden kann, um nicht nur den Betrieb mit Hochstrom und geringer Einschaltspannung, sondern auch eine Abbruchspannung von 1,6 kV zu ermöglichen.

Fertigung von Dioden auf GaN-Substrat mit geringem Widerstand:

Für diese Entwicklung haben wir leitfähige GaN-Substrate mit niedrigem Widerstand verwendet, die bei LEDs und Halbleiter-Lasern kommerziell genutzt werden und wahrscheinlich in Zukunft für Leistungsgeräte eingeführt werden. Wir konnten ferner die passenden Technologien für das Epitalwachstum und die Verarbeitung auf einem GaN-Substrat vor der Bildung von Dioden festlegen. Mit einer Struktur, in der Strom in vertikaler Richtung fließt, ist eine kleinere Chipfläche und ein geringerer Widerstand möglich.

Diese Arbeit wurde teilweise vom japanischen Umweltministerium unterstützt.

Die Ergebnisse dieser Entwicklung wurden auf der International Conference on Solid State Devices and Materials 2015 in Sapporo, Japan (September 2015) präsentiert.

*1 Im Vergleich zu einer SiC-Diode mit einer Nennspannung von 1200 V

Über Panasonic

Die Panasonic Corporation ist ein weltweit führendes Unternehmen in der Entwicklung verschiedener elektronischer Technologien und Lösungen für Kunden in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Immobilien, Automobilindustrie, Unternehmenslösungen und Geräte. Seit seiner Gründung im Jahr 1918 hat das Unternehmen weltweit expandiert und unterhält mittlerweile 468 Niederlassungen und 94 verbundene Unternehmen, die im am 31. März 2015 zu Ende gegangenen Geschäftsjahr einen Nettoumsatz in Höhe von 7,715 Billionen Yen ausweisen konnten. Mit dem Einsatz, durch bereichsübergreifende Innovationen neue Werte zu schaffen, strebt das Unternehmen mit seinen Technologien danach, seinen Kunden bessere Lebensbedingungen und eine bessere Welt zu bieten. Weitere Informationen zu Panasonic finden Sie unter http://www.panasonic.com/global.

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