MA – Betrachtungen zum Potential von Halbleiterbauelementen bei tiefen Temperaturen

Die Charakterisierung von leistungselektronischen Komponenten und insbesondere von Halbleiterbauelementen bei kryogenen Temperaturen gewinnt zunehmend an Bedeutung, da der Betrieb bei niedrigen Temperaturen Vorteile, wie eine höhere Leistungsdichte und einen höheren Wirkungsgrad von Leistungswandlern, verspricht.

Ziel der Arbeit ist es, im Rahmen einer theoretischen Betrachtung das Potential verschiedener Halbleiterbauelemente für den Einsatz bei kryogenen Temperaturen zu diskutieren und abschließend zu bewerten. Dabei sind neben den Standardmaterialien wie Si, SiC oder GaN auch andere Materialien wie beispielsweise GaAs zu berücksichtigen und deren Materialeigenschaften und Verhalten bei tiefen Temperaturen ausführlich zu charakterisieren.

Neben den unterschiedlichen Materialien ist auf Basis einer halbleiter-physikalischen Betrachtung vor allem auf das thermische und elektrische Tieftemperaturverhalten wichtiger in der Leistungselektronik vorkommender Halbleiterbauelemente (u.a. Dioden, IGBTs, MOSFETs, HEMTs) einzugehen und deren Potential zu einer Verlustleistungsreduzierung der Leistungselektronik herauszuarbeiten. Die Ergebnisse der theoretischen Betrachtung sind mit gegebenen, ggf. selbst gemessenen und in der Literatur zu findenden Messergebnissen zu vergleichen.

Abschließend ist unter Berücksichtigung der erarbeiteten Erkenntnisse ein optimaler Aufbau eines Leistungsschalters – speziell für den Einsatz bei kryogenen Temperaturen – vorzuschlagen.

Bearbeiter: Qiao Chen

Betreuer: Stefanie Büttner

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März