WideBandgapMaterialien

WideBandgapMaterialien (engl. wide bandgap materials, WBG) bezeichnen Halbleiter mit einer größeren Bandlücke als Silizium. Typische Schwellenwerte liegen oberhalb von etwa 2 eV; bekannte Vertreter sind Siliziumcarbid (SiC), Galliumnitride (GaN), Aluminiumnitrid (AlN), Galliumoxid (Ga2O3) und synthetischer Diamant. Die größere Bandlücke beeinflusst elektrische, thermische und optische Eigenschaften der Materialien.

Zu den charakteristischen Eigenschaften gehören höhere Durchbruchspannungen, größere Sperrschichttemperaturen, erhöhte Elektronen- bzw. Löchergeschwindigkeiten und oft bessere thermische Leitfähigkeit. Diese Eigenschaften ermöglichen Betrieb bei höheren Spannungen, höheren Frequenzen und höheren Temperaturen als bei Siliziumbauelementen, was Effizienzgewinne und kompaktere Bauformen in Leistungselektronik und HF-Anwendungen erlaubt.

WideBandgapMaterialien werden in Leistungshalbleitern (SiC-MOSFETs, GaN-HEMTs), in Hochfrequenzverstärkern für Mobilfunk und Radar, in LEDs und Laserdiode sowie in Hochtemperatur- und Hochspannungsanwendungen eingesetzt. Sie tragen zu kleineren, effizienteren Stromrichtern in Elektrofahrzeugen, erneuerbaren Energiesystemen und der Industrie bei.

Herausforderungen bleiben Materialqualität, Defektkontrolle, Verfügbarkeit großer Substrate, Herstellkosten und Zuverlässigkeit der Bauelementepakete. Aktuelle Forschung fokussiert auf verbesserte Kristallzüchtung, heteroepitaktische Verfahren, neue WBG-Verbindungen (z. B. β-Ga2O3), integrierte Wärmemanagementlösungen und optimierte Bauelementarchitekturen.