Bausteine zur Leistungsumwandlung bestehen seit Jahrzehnten aus Silizium. Bisher wurde, vor allem aus Power-MOSFETS, immer mehr Leistung herausgeholt. Doch die weitere Steigerung des Wirkungsgrads von Silizium ist nur noch mit hohem wirtschaftlichem Aufwand möglich. Die Transistorverlustleistung lässt sich nur noch mit anderen Materialien senken. Am Start ist Galliumnitrid (GaN), welches in LEDs Anwendung findet. Es soll seinen Einsatz in der Leistungselektronik als Ersatz für Silizium finden.

Das neue Material wird in GaN-HEMTs (Galliumnitrid-High-Electron-Mobility-Transistor) verwendet. Sie sind, was Schaltleistung und Bandbreite angeht, deutlich besser. Zwar kennt man GaN-HEMTs schon länger, doch erst seit die Silizium-Technik ausgereizt ist, wurde in Forschung und Umsetzung investiert.

GaN-Transistoren haben zwar eine relativ geringe Durchschlagsfestigkeit, einen verhältnismäßig hohen Frequenzgang und nur einen um 3 % besseren Wirkungsgrad als Silizium-Transistoren. Doch steht man bei deren Entwicklung erst an Anfang. Man kann also davon ausgehen, dass sich hier in Zukunft noch einiges tut.

Das beste an GaN-Transistoren ist ihre Ähnlichkeit zu Leistungs-MOSFETs. So müssen Entwickler nicht umdenken. Außerdem ist die Schwellenspannung weitgehend unabhängig von der Temperatur, was die Entwicklung von Schaltungen erheblich vereinfacht.

Prozessoren sind ja die mit am wichtigsten und häufigsten Halbleiter. Sie verbraten bekanntlich sehr viel Leistung und müssen deshalb intensiv und ausgeklügelt gekühlt werden.

Wo her kommt eigentlich diese Wärme?

Die Verlustleistung und somit die Wärmeentwicklung in einem Halbleiter entsteht dadurch, dass bei jedem Schaltvorgang einige hunderttausend Elektronen den spezifischen Widerstand von Leiterbahnen und Halbleiterschichten überwinden müssen.

Wird der Halbleiter, hier als Beispiel der Prozessor, getaktet, also aufgrund steigender und fallender Taktflanke die Elektronen ständig hin und her bewegt und das auch noch extrem schnell (GHz), dann entsteht sehr schnell eine extreme Wärmeentwicklung.

Seit langem sind Forscher daran interessiert die Zahl der Elektronen zu reduzieren. Im besten Fall würde sich die zu bewegenden Elektronen auf eins reduzieren. Die Verlustleistung und somit auch die Wärmeentwicklung wären auch bei hohen Taktraten sehr gering.

So ein Elektronik-Anfänger, wenn er sich irgendwann mit ICs und den dazugehörigen Datenblättern beschäftigen muss, sucht dann natürlich nach deutschsprachigen Datenblättern. Voller Verwunderung findet er keine.

Als in den 70er Jahren deutsche Firmen noch in der Halbleiter-Industrie und -Entwicklung tätig waren (außer Siemens gab es da nicht viele) wurden tatsächlich viele Datenblätter auch auf Deutsch herausgebracht. Seit es so gut wie keine deutschen Halbleiter-Hersteller mehr gibt und der Halbleitermarkt praktisch International ist, gibt es keine deutschsprachigen Datenblätter mehr. Höchstens noch für ein paar alte Halbleiter aus den 70er Jahren gibt es noch das eine oder andere deutsche Datenblatt.

Datenblätter werden nur noch in der englischen Sprache herausgegeben. Sich mit den Grundbegriffen auseinanderzusetzen und sie zu verstehen, lohnt sich auf alle Fälle.