SPP 2312:  Energieeffiziente Leistungselektronik "GaNius"

• Fachliche Zuordnung: Informatik, System- und Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441885089

Das Schwerpunktprogramm GaNius zielt auf Forschung zur Leistungselektronik auf Basis von Gruppe III-Nitriden. Hauptziel ist die Förderung der interdisziplinären und kooperativen Forschung an neuartigen Bauelementen, Schaltungen und Komponenten für hocheffiziente leistungselektronische Systeme.Fortschritte in der Leistungselektronik sind zentral für die effiziente Erzeugung, Verteilung, Umwandlung und Anwendung elektrischer Energie. Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie, die für die Integration erneuerbarer Energien in elektrische Versorgungsnetze, die Lade- und Antriebstechnik für die Elektromobilität, die Stromversorgung von Datenzentren oder das Hochfrequenznetz für den Mobilfunk unabdingbar ist.Durch Fortschritte bei den Wide Bandgap Halbleitern lassen sich Bauelemente realisieren, die im Vergleich zum Stand der Technik um Größenordnungen höhere Schaltgeschwindigkeiten erreichen, bei denen die ohmschen Verluste gering sind, und dies bei gleichzeitig signifikant verbesserten thermischen Eigenschaften. Insbesondere der moderne Halbleiter Galliumnitrid (GaN) eröffnet zudem völlig neue Integrationstiefen und Schaltungstopologien für hochfrequente leistungselektronische Komponenten und effiziente hochkompakte Systeme, wodurch neue Applikationsfelder erschlossen werden. Um diesen gesellschaftlich relevanten und technisch möglichen Fortschritt erzielen zu können, sollen in einem interdisziplinären Ansatz, der die Expertise aus der Festkörperphysik, der Halbleitertechnologie und des Systementwurfs vereint, die notwendigen wissenschaftlichen Methoden erarbeitet werden.Die Hauptaufgabe des Koordinationsprojekts besteht darin, die beteiligten Forschungsgruppen zusammenzubringen und das Umfeld für einen fruchtbaren wissenschaftlichen Austausch und eine erfolgreiche Zusammenarbeit zu entwickeln. Dazu werden jährliche wissenschaftliche Workshops abgehalten, in denen alle Teilnehmer ihre Fortschritte und Ergebnisse präsentieren und diskutieren. Internationale Gäste aus Forschung und Industrie sind eingeladen, an den Workshops teilzunehmen. Das Programm soll die wissenschaftliche Karriere junger Wissenschaftler/innen und Doktoranden/innen durch weitere Maßnahmen wie spezifische Workshops, Reisestipendien für Gast-Forschungsaufenthalte und eine Summer School unterstützen. Maßnahmen zur Gleichstellung und Angebote zur Familienfreundlichkeit sind geplant, um die wissenschaftlichen Karrieren von Forscherinnen und Eltern zu fördern und zu unterstützen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Italien

Projekte

• Adaptiver GaN Gatetreiber mit induktiver Mitkopplung für höchste Effizienz (AGaNDrive) (Antragsteller Grabmaier, Anton ;  Pfost, Martin )
• Aluminium Nitrid für die vertikale Leistungselektronik (Antragsteller Waag, Andreas ;  Witzigmann, Bernd )
• Elektronischer Transport polarisationsinduzierter, zweidimensionaler Elektronengase mit extrem hoher Flächendichte für ScAlN/GaN-basierte Leistungstransistoren (ScNius) (Antragsteller Ambacher, Oliver ;  Heitmann, Johannes )
• Gleichtaktarme dreiphasige PFC-Gleichrichterfamilie ermöglicht im lückfreien Hochsetzbetrieb mit nur zwei HF-Schaltern und Speicherdrosseln vereinfachte Leistungsarchitekturen durch Einsatz von GaN (Antragsteller Schafmeister, Frank )
• Hochfrequent schaltende Leistungskonverter basierend auf AlN-Leistungstransistoren (Antragstellerinnen / Antragsteller Dieckerhoff, Sibylle ;  Hilt, Oliver ;  Wentzel, Andreas )
• Konforme intelligente GaN Systems-in-Package auf Basis von 3D-Keramik für die Leistungselektronik (3D-CeraGaN) (Antragsteller Kallfass, Ingmar ;  Zimmermann, André )
• Koordinationsfonds (Antragstellerin Dieckerhoff, Sibylle )
• Modellierung und Bewertung der Schwellspannungsinstabilität in p-Gate GaN HEMTs (Antragsteller Pfost, Martin )
• Modellierung und Charakterisierung von GaN-HEMT-Bauelementen unter Berücksichtigung von Trapping-Effekten (Antragsteller Hiller, Marc ;  Sack, Martin )
• Planare und Vertikale Homo- und Heteroübergänge für Innovative GaN-basierte Leistungsbauelemente (Antragsteller Christen, Jürgen ;  Vescan, Andrei )
• Selbstheilende Multi-Winding-DC/DC-Konverter mit GaN-basierten monolithisch integrierten bidirektionalen Bauelementen (Antragsteller Liserre, Ph.D., Marco ;  Vescan, Andrei )
• Übergangsmetall-nitrid-AlGaN Schichten mittels Sputterepitaxie für elektronische Anwendungen (Antragsteller Dadgar, Armin ;  Feneberg, Martin )

• Sprecherin: Professorin Dr.-Ing. Sibylle Dieckerhoff