Leistungshalbleiter (Si/SiC/GaN) sind Schlüsselbauelemente

Auf die zentrale Bedeutung der Leistungshalbleiter nicht nur für die Elektromobilität, sondern für den gesamten Prozess der Dekarbonisierung wies Infineon-CEO Jochen Hanebeck in seinem Vortrag auf dem 27. Automobil-Elektronik Kongress hin. Eingesetzt in Erzeugung und Konversion der elektrischen Energie bis hin zur Ladeinfrastruktur und natürlich auch in den Fahrzeugen selbst, sind sie für den Wirkungsgrad dieser Wertschöpfungskette und damit die Qualität von Energieerzeugung und -verbrauch von entscheidender Bedeutung.

Wenngleich Siliziumbauelemente zurzeit die Anwendungen noch dominieren, rücken Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) immer stärker in den Vordergrund. Diese beiden Wide-Bandgap-Technologien (WBG) ermöglichen höhere Wirkungsgrade und damit geringere Energieverluste. Doch die Gleichung „GaN ist besser als SiC, und SiC ist besser als Silizium“ wäre zu einfach, denn jede dieser drei Technologien weist ein unterschiedliches Profil auf und eignet sich daher für andere Anwendungen.

So ist Silizium heute drei- bis viermal billiger als SiC und GaN, und es wird in vielen Anwendungen wettbewerbsfähig bleiben, in denen es nicht darauf ankommt, ein Maximum an Wirkungsgrad und Formfaktor herauszuholen. SiC zeichnet sich durch ein besseres Schaltverhalten aus – mit dem Resultat eines besseren Wirkungsgrads und höherer Leistungsdichte. GaN schließlich bietet eine nochmals höhere Schaltleistung. Auf dieser Basis lassen sich Systeme bauen, die sich durch höhere Effizienz und niedrigere Systemkosten auszeichnen. Etwas vereinfacht lassen sich die Einsatzgebiete so abgrenzen: Silizium hat seine Domäne in kostensensitiven Anwendungen wie IGBTs für Sekundärachs-Antriebe und im Umfeld kleiner Batterien. SiC wird man eher im Bereich der Traktions-Inverter sehen, während GaN auf mittlere und lange Sicht im Bereich der On-Board-Charger (OBCs) seine Vorteile ausspielen kann. Den Vorzügen der WBG-Bauelemente stehen auch Nachteile gegenüber. So ist ihr Fertigungsverfahren deutlich komplexer als das von Silizium-Komponenten, das macht sie teurer.

Über die Leistungskonversion hinaus werden die neuen E/E-Architekturen auf Basis von Zonen- und Domänenrechnern einen neuen Anwendungsbereich für Leistungshalbleiter schaffen: Die Leistungsverteilung im Fahrzeug. Auch hier werden solche Bauteile unentbehrlich sein, sagte Hanebeck.