Mobile-Menu

Leistungselektronik Grundlagen Wide Bandgap

Von Dipl.-Ing. (FH) Michael Richter 2 min Lesedauer

Mit den Wide Bandgap (WBG)-Materialien ist ein neues Zeitalter in der Leistungselektronik angebrochen. Diese Materialien ermöglichen gegenüber traditionellen Halbleitern wie Silizium eine höhere Spannungsfestigkeit sowie verbesserte Temperatureigenschaften.

(Bild: frei lizenziert / Pexels)
(Bild: frei lizenziert / Pexels)

Der Einsatz von Materialien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN), welche als Wide Bandgap-Materialien bezeichnet werden, ermöglicht eine bisher nie dagewesene Effizienz, bei kleineren Abmessungen und erhöhter Lebensdauer.

Was ist Wide Bandgap?

Wide Bandgap-Halbleiter sind Materialien mit einer größeren Bandlücke. Der Bandabstand beschreibt die Energie, welche benötigt wird, um ein Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband zu bewegen. Dieses Elektron sorgt dann für die Leitfähigkeit des Materials. Während Silizium einen Bandabstand von etwa 1,1 eV (Elektronenvolt) hat, bieten WBG-Materialien wie SiC und GaN Bandabstände von etwa 3,3 eV bzw. 3,4 eV. Dieser höhere Bandabstand ermöglicht es den Geräten, bei höheren Temperaturen, Spannungen und Frequenzen zu funktionieren, was sie für eine Vielzahl von Anwendungen ideal macht.

Gegenüber Silizium sind WBG-Geräte effizienter, da sie bei höheren Temperaturen und Spannungen arbeiten können, was zu geringeren Energieverlusten führt. Außerdem können die Geräte kleiner gebaut werden, da die Effizienz zum einen höher ist und zum anderen deshalb auch weniger Kühlung erforderlich ist. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Lebensdauer aus.

Anwendungsgebiete

  • Leistungselektronik: In der Leistungselektronik ermöglichen WBG-Halbleiter die Entwicklung effizienterer Stromversorgungen und Umrichter. Dies ist besonders wichtig für erneuerbare Energien und Elektrofahrzeuge.
  • Telekommunikation: GaN wird aufgrund seiner hohen Frequenzeigenschaften in der Telekommunikationsindustrie eingesetzt, insbesondere bei Hochfrequenzverstärkern.
  • Beleuchtung: GaN-basierte LEDs bieten eine effizientere Lichterzeugung, was zu energiesparenderen Beleuchtungslösungen führt.
  • Raumfahrt: Die Fähigkeit von WBG-Halbleitern, unter extremen Bedingungen zu funktionieren, macht sie ideal für Anwendungen in der Raumfahrtindustrie.

Herausforderungen und Zukunftsaussichten

Aufgrund der hohen Herstellungskosten gibt es allerdings aktuell noch eine Verzögerung bei der breiten Einführung von WBG-Halbleitern. Forscher und Ingenieure arbeiten jedoch intensiv daran, technische Hindernisse zu überwinden, um die volle Leistungsfähigkeit dieser Materialien auszuschöpfen. Mit fortschreitender Forschung und Entwicklung wird erwartet, dass WBG-Halbleiter eine immer wichtigere Rolle in der Zukunft der Elektronik spielen werden.  (mr)

(ID:49967301)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Weiterführende Inhalte