Das Fraunhofer IISB (Institut für Integrierte Systeme und Gerätetechnik) in Erlangen und der in Wettenberg ansässige Hersteller von Mikrowellen- und Hochfrequenz-Plasmasystemen, PVA TePla AG, bündeln ihre Expertise in einem gemeinsamen Labor zur Herstellung von Aluminiumnitrid (AlN)-Kristallen.
Diese Partnerschaft ermöglicht als europaweite Premiere die industriell unterstützte Kleinserienfertigung von monokristallinen AlN-Substraten mit einem Durchmesser von 2 Zoll für Forschungs- und Entwicklungszwecke. Dadurch wird die Verfügbarkeit von AlN-Substraten in Europa deutlich verbessert, was wiederum die Entwicklung von AlN-basierten Bauelementen und Systemen sowie deren Überführung in industrielle Anwendungen beschleunigt.
Aluminiumnitrid zählt zu den vielversprechendsten Materialien für die nächste Generation von Hochleistungselektronik. Als Halbleiter mit ultrabreiter Bandlücke (UWBG) eröffnet AlN neue Möglichkeiten in der Photonik, Leistungselektronik, Hochfrequenzelektronik und Elektronik für extreme Betriebsbedingungen. Bislang hat der Mangel an hochwertigen, großflächigen und kostengünstigen AlN-Substraten die Entwicklung von AlN-basierten Elektroniksystemen jedoch gebremst.
„Mit dem Gemeinschaftslabor schaffen wir die Grundlage für eine zuverlässige Versorgung mit AlN-Substraten aus Europa und eröffnen damit neue Perspektiven für die nächste Generation leistungsstarker AlN-Bauelemente“, sagt Dr. Sven Besendörfer, Gruppenleiter für Nitridmaterialien und verantwortlich für die AlN-Materialentwicklung am Fraunhofer IISB. „Gemeinsam mit PVA TePla bringen wir unsere Expertise im industriellen Kristallwachstum ein und schaffen so die Voraussetzungen für die Übertragung in konkrete Anwendungen.“
Bewährte Anlagentechnik trifft auf firmeneigenes Prozess-Know-how
Im Gemeinschaftslabor nutzt das Fraunhofer IISB sein firmeneigenes PVT-Verfahren (Physical Vapor Transport) zur Herstellung von 2-Zoll-AlN-Einkristallen. Dabei wird AlN-Pulver in einem Tiegel bei Temperaturen deutlich über 2000 °C verdampft und auf einen Impfkristall abgeschieden. PVA TePla liefert hierfür PVT-Systeme, die bereits weltweit für 8-Zoll-Siliciumcarbid-Kristalle (SiC) eingesetzt werden und nun speziell für das Wachstum von 2-Zoll-AlN-Kristallen angepasst wurden.
Dank der Prozesskompetenz des Fraunhofer IISB konnte das PVA TePla-Team schnell AlN-Kristalle vergleichbarer Qualität in eigenen Anlagen herstellen. Das Gemeinschaftslabor konzentriert sich auf die stabile Kleinserienfertigung von 2-Zoll-AlN-Kristallen. Die Produktion wird nun schrittweise hochgefahren, um Prozessstabilität, Reproduzierbarkeit, Ausbeute und Kostenstruktur systematisch zu optimieren.
„Mit Aluminiumnitrid gestalten wir aktiv die nächste Technologiegeneration nach SiC“, sagt Dr. Jan Pfeiffer, Leiter Forschung & Entwicklung bei PVA TePla. „Durch das Joint Lab können wir unsere Anlagenkompetenz direkt mit dem Prozess-Know-how des Fraunhofer IISB verbinden und unseren globalen Kunden so frühzeitig marktorientierte Lösungen anbieten“, fügt er hinzu. „Unser gemeinsames Ziel ist es, die Marktentwicklung im AlN-Sektor durch geeignete Substrate voranzutreiben und Unternehmen, die in diesen Bereich einsteigen möchten, als Technologiepartner mit der passenden Ausrüstung und dem entsprechenden Prozess-Know-how zu unterstützen.“
Stärkung der europäischen Technologiehoheit durch industrielle Skalierung
Die im Gemeinschaftslabor hergestellten AlN-Kristalle werden am Fraunhofer IISB zu epitaxiefertigen AlN-Substraten weiterverarbeitet und über das Erlanger Forschungs- und Entwicklungsunternehmen LZE GmbH gezielt in industrielle Entwicklungs- und Skalierungsprozesse überführt. „Für Europas Halbleiter-Souveränität ist es entscheidend, dass neue Schlüsselmaterialien nicht nur entwickelt, sondern auch schnell in industrielle Anwendungen überführt und eine skalierbare Wertschöpfung ermöglicht wird“, so Dr. Christian Forster, Geschäftsführer von LZE. „Mit seinem Marktplatz für Spitzentechnologien bietet die LZE GmbH Unternehmen und Forschungseinrichtungen einen weltweit einzigartigen und offenen Zugang zu AlN-Substraten. So tragen wir dazu bei, dass vielversprechende Anwendungen für industrielle Märkte mit hohem Volumen schneller auf den Markt gebracht werden.“
Veröffentlichungsdatum: 20. Juli 2026