Die stetige Miniaturisierung von elektronischen Komponenten ist von eminenter Bedeutung für die Realisierung innovativer mobiler Systeme. Monolithisch integrierte passive Bauelemente sind ein Schlüssel zur erfolgreichen Verwirklichung dieser Entwicklung.
Beschaltungsbauelemente werden zur Dämpfung von Spannungsspitzen in leistungselektronischen Baugruppen eingesetzt. Beschaltungsbauelemente aus passiven Bauelementen sind wegen ihres funktionalen Aufbaus und ihre Bedämpfungseigenschaften in kommerziellen Anwendungen weit verbreitet. Besonders in mobilen Systemen spielen neben der Baugröße vor allem Kostenaspekte eine entscheidende Rolle für die Wirtschaftlichkeit einer Lösung.
rechts: Siliciumscheibe (150 mm Durchmesser) mit 3D-Bedämpfungsbauelementen unterschiedlicher Kapazität
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Demonstration von Beschaltungsbauelementen mit kleinster Baugröße durch monolithische Integration in einkristallinem Silicium. Dies erlaubt erstmals eine Realisierung von Beschaltungsbauelementen, die alle thermischen und elektrischen Anforderungen in hervorragender Weise erfüllen, insbesondere für hohe Leistungen geeignet sind und kostengünstig hergestellt werden können.
Die hohe Integrationsdichte der Beschaltungsbauelemente wurde durch ein spezielles Herstellungsverfahren erzielt, das eine Kapazitätsvergrößerung durch dreidimensional angeordnete Kondensatoren auf Silicium erlaubt und die Herstellungskosten im Vergleich zu herkömmlich gefertigten Halbleiterbauelementen deutlich senkt. So konnte die Herstellbarkeit von monolithisch integrierten 3D-Hochleistungsbeschaltungsbauelementen bis 200 V demonstriert werden, die für den Einsatz in hochintegrierten Systemkomponenten geeignet sind. Weitere Vorzüge sind die hohen Einsatztemperaturen von mehr als 180 °C und die Stabilität des Kapazitätswerts. Diese Vorteile führen zu einer Überlegenheit integrierter Beschaltungsbauelemente gegenüber derzeit verfügbaren Lösungen aus diskret aufgebauten Bauelementen.
