Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWSZuverlässige Sächsische GaN-Technologien
Entwicklung von MLL-Optiken für die RöntgenMikroskopie bei 9 und 24 keV
Motivation
Das Projekt ZuverSichT adressiert die wachsende Bedeutung von Galliumnitrid (GaN)-Technologien für die Leistungselektronik, insbesondere in Sachsen. GaN-Halbleiter bieten entscheidende Vorteile gegenüber Silizium, etwa in Automobil-, Industrie- und erneuerbaren Energien-Anwendungen. Der globale Markt für GaN-Leistungshalbleiter wächst rasant und stellt eine Schlüsseltechnologie für nachhaltige und effiziente Elektronik dar. Um die Wettbewerbsfähigkeit sächsischer Unternehmen wie X-FAB Dresden zu sichern und auszubauen, fokussiert ZuverSichT auf die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Entwurfsunterstützung dieser innovativen Halbleiter. Dabei werden zentrale Herausforderungen in der Metallisierung der Bauelemente (Middle of Line, Back-End of Line) untersucht und mit modernsten Methoden wie der zerstörungsfreien Röntgen-mikroskopie bei bis zu 24 keV Photonenenergie bearbeitet.
Ziele und Vorgehen
ZuverSichT verfolgt das Ziel, den Technologiereifegrad der sächsischen GaN-Prozesse von TRL 4 auf TRL 7 zu steigern. Im Fokus stehen die Entwicklung neuartiger Teststrukturen mit integrierten Poly-Silizium-Heizern zur beschleunigten Analyse von Degradationsmechanismen wie Elektromigration (EM) und zeitabhängigem dielektrischem Durchbruch (TDDB). Die Fraunhofer-Institute IKTS, IIS/EAS und insbesondere das Fraunhofer IWS arbeiten eng zusammen: Das Fraunhofer IWS fertigt hochpräzise Multilayer-Laue-Linsen (MLL) für die innovative Röntgenmikroskopie bei 24 keV, die eine zerstörungsfreie 3D-Analyse kompletter Bauelemente ermöglicht. Parallel werden Design-for-Reliability-Methoden ins Process Design Kit (PDK) integriert, um IC-Designer bei robusten GaN-Schaltungen zu unterstützen. Die Ergebnisse fließen in die Fertigung und Validierung eines Demonstratorschaltkreises ein, der die industrielle Anwendbarkeit sichert.
Innovation und Perspektiven
Das Projekt ZuverSichT setzt neue Maßstäbe in der Zuverlässigkeitsanalyse von GaN-Leistungselektronik durch die Kombination von innovativen in-situ Teststrukturen und der weltweit einzigartigen MLL-basierten Röntgenmikroskopie bei 24 keV, die am Fraunhofer IWS entwickelt wird. Diese Technologie ermöglicht detaillierte Einblicke in Degradationsprozesse ohne Probenzerstörung, was eine präzisere Prozesskontrolle und verbesserte Lebensdauermodelle erlaubt. Die enge Zusammenarbeit sächsischer Forschungseinrichtungen und Unternehmen fördert den Technologietransfer und schafft nachhaltige Wettbewerbsvorteile für den Halbleiterstandort. Perspektivisch wird ZuverSichT die Entwicklung energieeffizienter und langlebiger GaN-Bauelemente für Zukunftsmärkte wie Elektromobilität, erneuerbare Energien und IoT (Internet of Things) maßgeblich vorantreiben.