Verbundprojekt: Enhanced substrates and GaN pilot lines enabling compact power applications - PowerBase -; Teilvorhaben: Identifizierung und Strategien zur Passivierung effizienzlimitierender Defekte in GaN-basierter Leistungselektronik durch ab initio Simulationen

Leistungshalbleiter sind eine wesentliche Voraussetzung für die Innovationskraft der Industrie, und somit Basis für wirtschaftliches Wachstum und nachhaltige Arbeitsplätze in Deutschland und Europa: als Beispiele seien die weltweit erfolgreichen Industriesparten Industrieausrüstung und Automobilbau genannt. Leistungshalbleiter ermöglichen heute energieeffiziente Stromversorgungen und Antriebsregelungen – um hier weitere Fortschritte zu erzielen, müssen Leistungshalbleitertechnologien stetig verbessert werden. Das ECSEL-Vorhaben POWERBASE vereint europaweit 40 Partner, um gemeinsam die Voraussetzungen für anspruchvollste Leistungshalbleiter, gefertigt in Europa, zu schaffen. Die deutschen Partner adressieren dabei vor allem a) neue Leistungshalbleitertechnologien auf Basis neuartiger 300 mm Silizium-Basismaterialien, b) neue Galliumnitrid- Leistungs¬halbleiter¬technologien und die dazugehörige Gehäusetechnologie, c) neue Methoden für die Hochautomatisierung von Leistungshalbleiterfertigungen und d) Demonstration der systematischen Vorteile der neuartigen Leistungshalbleiter in verschiedenen Anwendungen. Im Rahmen des ECSEL-Vorhabens POWERBASE wird MPIE vor allem computergestützte Simulationen durchführen, um die Defekte zu identifizieren, welche die hohe Restleitfähigkeit in GaN-basierter Leistungs¬elektronik verursachen und ausgehend davon Strategien zu entwickeln, um diese zu passivieren. Die Passivierung dieser Defekte ist entscheidend, um die hohe Restleitfähigkeit zu unterdrücken und effiziente und zuverlässige Bauelemente zu realisieren. Die Identifizierung der atomaren Struktur und der chemischen Zusammensetzung dieser bisher noch völlig unbekannten Defekte ist herausfordernd. MPIE wird dazu modernste quantenmechanisch-basierte ab initio Methoden einsetzen und mittels dieser Methoden die Thermodynamik, Kinetik, und elektronischen Eigenschaften von Punkt- und Liniendefekten, Oberflächen und Grenzflächen bestimmen.