Einzigartige europäische Expertise bei weltraumtauglichen Bauelementen bündeln

Das Ferdinand-Braun-Institut, SweGaN AB und die University of Bristol kooperieren im Rahmen des von der Europäischen Weltraumorganisation ESA geförderten Kassiopeia-Projekts. Die Teams bündeln ihre Expertise, um hochleistungsfähige GaN-MMICs (monolithisch integrierte Mikrowellenschaltungen) für das Ka-Band zu entwickeln. Zu den Anwendungen für diese Bauelemente gehören Beam-Steering-Antennen für die Satellitenkommunikation und Radaranwendungen.

Im März ist das Kassiopeia-Projekt gestartet, um eine Wertschöpfungskette mit international führender, nur in Europa verfügbarer Technologie zu etablieren. Das vom Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) geleitete Konsortialprojekt will eine vollständig unabhängige europäische Wertschöpfungskette demonstrieren, angefangen von Siliziumkarbid (SiC)-Substraten, Galliumnitrid (GaN)-Epitaxie, Prozessierung von GaN-Bauelementen bis hin zu mm-Wellen Leistungsverstärkern.

Zu diesem Zweck entwickeln und demonstrieren die Partner Ka-Band-MMICs, die neuartige Epitaxie-, Prozessierungs- und Schaltungskonzepte für hocheffiziente GaN- und Aluminiumnitrid (AlN)-Bauelemente nutzen. Das Ka-Band-Frequenzband wird unter anderem für die Satellitenkommunikation genutzt.

Das FBH bringt dabei seine industrietaugliche Ka-Band MMIC-Technologie auf 100 mm GaN-auf-SiC-Wafern ein. „Alleinstellungsmerkmal unserer GaN-MMIC-Technologie ist die hochreproduzierbare und zuverlässige Iridium-Sputter-Gate-Technologie“, erklärt Dr. Joachim Würfl, Leiter der Abteilung Leistungselektronik und des GaN Microwave Devices Labs am FBH. „Diese Technik reduziert die dynamischen Verluste (Gate-Lagging) auf Werte, die bis zu zwei Mal geringer sind als die konkurrierender institutioneller und industrieller Technologien.“

Auch die Zuverlässigkeit der Bauelemente lässt sich damit deutlich verbessern. Zusammen mit neuen prozesstechnischen Ansätzen und Schaltungskonzepten, mit denen die parasitären Verluste reduziert werden sollen, werden hocheffiziente Ka-Band-MMICs entwickelt. Die zukunftsweisende Technologie soll mit mehr Leistung und Zuverlässigkeit punkten, die für weltraumtaugliche Bauelemente besonders wichtig sind.

SweGaN beteiligt sich mit QuanFINE®, seiner einzigartigen pufferfreien Epitaxielösung für GaN-auf-SiC Epiwafer, und bringt sein Know-how bei Epitaxieschichtdesign und -optimierung in das Projekt ein. Darüber hinaus stellt das Unternehmen selbstentwickelte halbisolierende SiC-Substrate für Untersuchungen zur Verfügung – die Aktivitäten in diesem Zusammenhang werden von der Schwedischen Nationalen Raumfahrtbehörde (Rymdstyrelsen) gefördert. SweGaN ist Anbieter von epitaktischen GaN-Wafern für Mikro und mm-Wellentransistoren mit einem besonders niedrigen thermischen Übergangswiderstand und begrenzten Trapping-Effekten – diese basieren auf dem proprietären pufferfreien Ansatz.

Der Epiwafer-Spezialist liefert Epitaxie-Material an führende Hersteller von Komponenten und Geräten für die Satellitenkommunikation, Telekommunikation, Verteidigung sowie Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge, Solar-Wechselrichter und mehr. „Wir freuen uns, gemeinsam mit dem FBH und der University of Bristol an diesem von der ESA geförderten Projekt teilzunehmen“, erklärt Jr-Tai Chen, CTO von SweGaN. „Da konventionelle GaN-auf-SiC-Materialien für Ka-Band-Anwendungen noch nicht ausgereift sind, gibt es noch viel Platz für Innovationen und Verbesserungen. SweGaN wird sein revolutionäres epitaktisches Herstellungsverfahren nutzen, um diese Herausforderung zu meistern.“

Die Forschung der Universität Bristol im Projekt konzentriert sich auf direkte thermische Messungen an aktiven GaN-Transistoren. Dazu nutzt die Hochschule Mikro-Raman-Thermografie sowie fortgeschrittene Bauelement-Charakterisierungen und -Modellierungen. Dies ermöglicht kontinuierliche Rückkopplungen zu allen in Kassiopeia geplanten Bauelemente- und Epitaxieentwicklungen.

Das Kassiopeia-Projekt wird im Rahmen des ESA ARTES Advanced Technology Programme gefördert: “European Ka-band high power solid-state technology for active antennas”.

Weitere Informationen:

https://www.fbh-berlin.de/forschung/iii/v-elektronik/leistungselektronik
http://www.swegan.se/
https://www.bristol.ac.uk/university/