Projekt SiC-WinS erforscht Technologien zur Herstellung von SiC-Hochvoltbauelementen
Bei Solaranlagen und Serveranwendungen sind energiesparende Wechselrichter bzw. Netzteile mit Halbleiterbauelementen aus Siliziumkarbid (SiC) schon Stand der Technik. Auch Windkraftanlagen und das intelligente Stromnetz der Zukunft könnten durch Hochvoltbauelemente aus SiC deutlich energieeffizienter arbeiten. Im Projekt „SiC-WinS – Technologische Grundlagen zur Herstellung von SiC-Spannungswandlern für intelligente Stromnetze“ forschen Partner aus Wissenschaft und Industrie in Erlangen daran, die Herstellungskosten solcher Bauelemente deutlich zu senken und ihre Zuverlässigkeit bis hin zur „Null-Fehler-Toleranz“ zu verbessern.
Hochvoltbauelemente aus Siliziumkarbid können etablierte Siliziumbauelemente ersetzen
Bei der Einbindung regenerativer Energiequellen in das Stromnetz spielen leistungselektronische Systeme in Form von Wechselrichtern eine immer größere Rolle. Um die regenerativ erzeugte Energie möglichst verlustarm einzuspeisen, werden speziell im Mittelspannungsbereich (10 kV bis 13 kV) neue Umrichter benötigt.
Aufgrund der besseren physikalischen Eigenschaften könnten in diesen Systemen zukünftig Hochvoltbauelemente aus dem Halbleitermaterial SiC die etablierten Siliziumbauelemente ersetzen. Durch SiC-Leistungsbauelemente lassen sich z.B. Komponenten für die Kühlung einsparen und Schaltungen effizienter, kostengünstiger und kompakter aufbauen. Der Einsatz im Stromnetz stellt allerdings extreme Anforderungen an die Zuverlässigkeit und an die Leistungsfähigkeit der verwendeten Bauelemente.
Das gilt auch für die relativ neuen Hochvoltbauelemente auf Basis von Siliziumkarbid. Im Projekt „SiC-WinS – Technologische Grundlagen zur Herstellung von SiC-Spannungswandlern für intelligente Stromnetze“ werden deshalb die Herstellungsprozesse erforscht, um auch bei SiC-Bauelementen für Sperrspannungsklassen bis maximal 13 kV höchste Zuverlässigkeit im Sinne einer „Null-Fehler-Toleranz“ zu gewährleisten. Beispielsweise zur Herstellung so genannter PIN-Dioden auf SiC-Basis – wichtig für die Konstruktion hoch effizienter Schaltwandler – sind aber noch einige grundsätzliche technologische Prozesse sowie Prüf- und Analyseverfahren zu entwickeln.
Die in Erlangen ansässigen Projektpartner Fraunhofer IISB, Intego GmbH, Infineon Technologies AG und der Lehrstuhl für Angewandte Physik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) erforschen deshalb die Herstellung dicker SiC-Epitaxieschichten, die für diese SiC-Hochvoltbauelemente benötigt werden. SiC-WinS wird von der Bayerischen Forschungsstiftung (BFS) gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren.