Fraunhofer IISB und PVA TePla gründen Joint Lab für Aluminiumnitrid-Substrate

Aluminiumnitrid zählt zu den aussichtsreichsten Materialien für die nächste Generation leistungsstarker Elektronik. Als Ultra-Wide-Bandgap-Halbleiter (UWBG) eröffnet AlN neue Möglichkeiten in der Photonik, in der Leistungselektronik, in der Hochfrequenzelektronik sowie für Elektronik unter extremen Einsatzbedingungen. Bislang bremst der Mangel an qualitativ hochwertigen, großflächigen und kostengünstigen AlN-Substraten die Entwicklung AlN-basierter Elektroniksysteme.

»Mit dem Joint Lab schaffen wir die Grundlage, AlN-Substrate aus Europa verlässlich verfügbar zu machen und eröffnen damit neue Perspektiven für die nächste Generation leistungsfähiger AlN-Bauelemente«, sagt Dr. Sven Besendörfer, Gruppenleiter Nitridmaterialien und verantwortlich für die AlN-Materialentwicklung am Fraunhofer IISB. »Gemeinsam mit PVA TePla bringen wir unsere Expertise in die industrielle Kristallzüchtung ein und schaffen so die Voraussetzungen für den Transfer in konkrete Anwendungen.«

Bewährte Anlagentechnik trifft proprietäres Prozess-Know-how

Im Joint Lab setzt das Fraunhofer IISB seine entwickelte proprietäre PVT-Prozesstechnologie (Physical Vapor Transport) zur Herstellung von 2-Zoll-AlN-Volumenkristallen ein. Dabei wird AlN-Pulver in einem Tiegel bei Temperaturen deutlich über 2000 °C verdampft und an einem Keimkristall abgeschieden. PVA TePla stellt hierfür PVT-Anlagen zur Verfügung, die für Siliziumkarbid-Kristalle (SiC) mit 8-Zoll Durchmesser bereits weltweit im Einsatz sind und nun speziell für die Züchtung von 2-Zoll-AlN-Kristallen adaptiert wurden. Dank des vom Fraunhofer IISB eingebrachten Prozess-Know-hows konnte das Team von PVA TePla innerhalb kurzer Zeit befähigt werden, AlN-Kristalle in vergleichbarer Qualität in den eigenen Anlagen herzustellen.

Das Joint Lab fokussiert sich auf die stabile Kleinserienproduktion von 2-Zoll-AlN-Kristallen. Die Produktion wird nun schrittweise hochgefahren, um Prozessstabilität, Reproduzierbarkeit, Ausbeute und Kostenstrukturen systematisch zu optimieren.

»Mit Aluminiumnitrid gestalten wir die nächste Technologiegeneration nach SiC aktiv mit«, erklärt Dr. Jan Pfeiffer, Vice-President R&D bei PVA TePla. »Durch das Joint Lab können wir unsere Anlagenkompetenz unmittelbar mit dem Prozess-Know-how des Fraunhofer IISB verknüpfen und so frühzeitig marktnahe Lösungen für unsere weltweiten Kunden anbieten. Unser gemeinsames Ziel ist es, die Marktentwicklung im Bereich AlN durch geeignete Substrate anzuregen und Unternehmen, die in diesen Bereich einsteigen wollen, als Technologiepartner mit passenden Anlagen und entsprechendem Prozess-Know-how zu unterstützen.«

Stärkung der europäischen Technologiesouveränität durch industrielle Skalierung

Die im Joint Lab hergestellten AlN-Kristalle werden am Fraunhofer IISB zu epi-ready AlN-Substraten weiterverarbeitet und über die LZE GmbH gezielt in industrielle Entwicklungs- und Skalierungsprozesse überführt. »Für Europas Halbleitersouveränität ist entscheidend, dass neue Schlüsselmaterialien nicht nur entwickelt, sondern auch zügig in industrielle Anwendungen und skalierbare Wertschöpfung überführt werden. Die LZE GmbH ermöglicht mit ihrem Marktplatz für Spitzentechnologien den weltweit einmaligen und offenen Zugang zu AlN-Substraten für Unternehmen und Forschungseinrichtungen.«, sagt Dr. Christian Forster, Geschäftsführer der LZE GmbH.

Parallel dazu treibt das Fraunhofer IISB bereits die Entwicklung einer 4-Zoll- und perspektivisch 6-Zoll-AlN-Technologie voran. Das Joint Lab legt damit den Grundstein für eine mittel- bis langfristige Skalierung der Substratgrößen in Richtung industriell relevanter Formate. Die Partnerschaft verfolgt darüber hinaus das strategische Ziel, Kompetenzen in der Ultra-Wide-Bandgap-Technologie in Europa zu bündeln, Abhängigkeiten bei Schlüsselmaterialien zu reduzieren und die technologische Souveränität Europas im Halbleiterbereich nachhaltig zu stärken.