Die neuentwickelte Modulfamilie CoolSiC XHP 2 ermöglicht nach Angaben von Infineon erhebliche Energieeinsparungen etwa bei der industriellen Stromerzeugung in Solarparks oder Windenergieanlagen (Quelle: Infineon)
Einem Entwickler-Team von Infineon ist es gemeinsam mit der Technischen Universität Chemnitz gelungen, den nach Angaben von Infineon weltweit ersten Siliziumkarbid-MOSFET mit vertikalem Kanal (Trench-MOSFET) und innovativer Kupferkontaktierung in der 3300-V-Spannungsklasse zu entwickeln. Bei den neuen SiC-Modulen und den darauf basierenden Stromrichtern handelt es sich um einen Innovationssprung in der Halbleitertechnologie von herkömmlichen Silizium hin zu energieeffizienterem Siliziumkarbid, durch den sich Schaltverluste bei Hochstromanwendungen um 90 Prozent reduzieren lassen sollen.
Höhere Zelldichte pro Fläche
MOSFET sind elektrische Halbleiterschalter für eine Vielzahl an Anwendungen. Trench-MOSFETs unterscheiden sich von so genannten planaren MOSFET in ihrer Zellstruktur und Leistungsfähigkeit. Während bei planaren MOSFET der Stromfluss zunächst horizontal verläuft, bieten Trench-MOSFET rein vertikale Kanäle. Damit ergibt sich eine höhere Zelldichte pro Fläche, was wiederum die Verluste im Chip bei der Energiewandlung deutlich senkt und damit die Effizienz steigert.
„Die Energiewende und viele weitere drängende Herausforderungen unserer Zeit lassen sich nur mit technologischem Fortschritt lösen“, sagt Jochen Hanebeck, Vorstandsvorsitzender der Infineon Technologies AG. „Es ist deshalb wichtig, Innovationen zu fördern, zu honorieren und in der Gesellschaft sichtbar zu machen. Der Deutsche Zukunftspreis ist die bedeutendste nationale Auszeichnung, die mit diesem Ziel verliehen wird. Die Nominierung ist für uns eine große Ehre und ein Beleg für die erfolgreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeit bei Infineon. Ich gratuliere allen beteiligten Kolleginnen und Kollegen herzlich dazu!”
Hohe Energieeinsparungen möglich
Die neuentwickelte Modulfamilie CoolSiC XHP2 ermöglicht nach Angaben von Infineon erhebliche Energieeinsparungen etwa bei der industriellen Stromerzeugung in Solarparks oder Windenergieanlagen, bei der Stromübertragung, und vor allem im Endverbrauch, wo hohe Leistungen im Megawattbereich benötigt werden. So soll eine einzelne Lokomotive mit einem Siliziumkarbid-Antriebsystem im Vergleich zur bisherigen siliziumbasierten Lösung etwa 300 MWh pro Jahr sparen können, was ungefähr dem Jahresbedarf von 100 Einfamilienhäusern entspricht. Gleichzeitig können auch Anwohner von der geringeren Geräuschentwicklung der Züge mit SiC-Modulen profitieren, wenn diese durch ein Wohngebiet fahren. Durch zahlreiche Weiterentwicklungen bei der Chipprozessierung und -design sowie der Kontaktierungs- und Modultechnologie hat das Team um Dr. Konrad Schraml, Dr. Caspar Leendertz (beide Infineon) und Prof. Dr. Thomas Basler (TU Chemnitz) das Hochleistungsmodul 3300 V CoolSiC XHP2 zur Serienreife gebracht. Durch eine zehnmal höhere Zuverlässigkeit gegenüber thermomechanischer Belastung und einer deutlich höheren Leistungsdichte im Vergleich zu Siliziummodulen, können mit dem neuen Siliziumkarbid-Modul auch große Antriebe bei Dieselloks, Land- und Baumaschinen, Flugzeugen und Schiffen elektrifiziert werden, die bisher fossilen Brennstoffen vorbehalten waren. Hilfreich dabei sind die deutlich höheren Schaltfrequenzen, die das neue Modul zulassen soll, denn diese ermöglichen eine deutliche Gewichts- und Volumenreduzierung bei den Stromrichtern in der Anwendung.
„Diese Nominierung zeigt, dass der Klimawandel und nachhaltiger Ressourcenverbrauch als zentrale Aspekte in unserer Gesellschaft angekommen sind“, sagt Dr. Peter Wawer, Divisionspräsident Green Industrial Power (GIP) bei Infineon. „Innovative Energielösungen und Leistungshalbleiter sind eine Kernkomponente bei der Dekarbonisierung und Bekämpfung des Klimawandels, das hat die Fachjury des Deutschen Zukunftspreis erkannt. Ich bin stolz, dass wir bei Infineon mit zukunftsweisender Technologie einen wesentlichen Beitrag zu einer grünen Zukunft leisten können.“
Projektleiter Dr. Konrad Schraml erklärt: „Für uns als Entwicklerteam ist es eine Herzensangelegenheit, innovative Chips zu entwickeln, die zu effizientem Energieverbrauch beitragen und somit auch zu grüner Mobilität auf unserem Planeten. Diese Nominierung ist eine große Anerkennung für mein Team, das mit seinem unermüdlichen Einsatz, seinem Fachwissen und seiner Leidenschaft für Nachhaltigkeit den Technologiedurchbruch bei Siliziumkarbid ermöglicht hat.“
Den Deutschen Zukunftspreis übergibt Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier am 27. November in Berlin an das Gewinnerteam.