Leistungshalbleitern

Leistungshalbleiter sind Halbleiterbauelemente, die hohe Spannungen und Ströme schalten, regeln oder gleichrichten. Sie bilden die zentrale Bausteine leistungselektronischer Systeme wie Netzteile, Motorantriebe, Wechselrichter und Energiespeicher.

Zu den wichtigsten Typen gehören Dioden (Schottky, Schnelle/Schaltdioden), transistorbasierte Bauelemente wie MOSFETs und IGBTs sowie Thyristoren (SCR). Dioden dienen der Gleichrichtung; MOSFETs eignen sich für niedrige Spannungen und hohe Frequenzen, IGBTs für höhere Spannungen und Ströme. Thyristoren werden noch in bestimmten Hochleistungs-Konvertern verwendet. Triacs finden Anwendung im Wechselstrombereich.

Silizium ist das dominierende Grundmaterial. Für höhere Frequenzen, Temperaturen oder Effizienzsteigerungen kommen Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitride (GaN) zum Einsatz.

Wesentliche Leistungskennzahlen sind Verlustleistungen, Vorwärts- und Sperrverluste, sowie Schaltverluste infolge des Schaltrückflusses. Wärmeabfuhr und Temperaturmanagement sind kritisch für Zuverlässigkeit und Lebensdauer.

Leistungshalbleiter werden häufig in Modulen oder Halbbrücken mit isolierten Gehäusen angeboten. Effiziente Kühlung, Schutzfunktionen (Überstrom, Überspannung, Überhitzung) und zuverlässige Isolation sind integrale Anforderungen.

Anwendungen reichen von Netz- und Industrieelektronik, erneuerbaren Energien, Elektroantrieben, Speicher- und Ladeinfrastruktur bis hin zu Konsumenten- und Mobilitätsgeräten.

Zukunftstrends umfassen verstärkte Nutzung von SiC- und GaN-Technologien, höhere Schaltfrequenzen, integrierte Funktionsblöcke und verbesserte Zuverlässigkeit bei sinkenden Kosten.