Cradle-to-Gate Lebenszyklusanalyse (LCA) des GaN-Leistungshalbleiterbauelements

Weitbandlücken (WBG) Halbleiter haben das Potenzial, signifikante Verbesserungen der Energieeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Silizium (Si) Halbleitern zu bieten. Während das Potenzial für Energieeffizienzgewinne weitgehend untersucht wird, bleibt die Beziehung zum Energie- und Ressourcenverbrauch während der Fertigungsprozesse unzureichend erforscht. Um die Leistung der Technologie umfassend zu bewerten, müssen Aspekte wie Rohstoffknappheit, Toxizität und Umweltauswirkungen detailliert untersucht werden. Es sind jedoch nur spärliche Lebenszyklusanalyse (LCA) Daten für die beiden derzeit am weitesten verbreiteten WBG-Halbleitermaterialien, Gallium-Nitrid (GaN oder GaN/Si) und Siliziumkarbid (SiC), verfügbar. Dieses Papier präsentiert zum ersten Mal eine Cradle-to-Gate-Lebenszyklusanalyse für ein GaN/Si-Leistungsbauelement. Um eine vollständige Palette von Indikatoren zu ermöglichen, wurde die Lebenszyklusanalysemethode EF 3.1 verwendet, um die Ergebnisse zu analysieren. Die Ergebnisse identifizieren Umwelthotspots, die mit verschiedenen Materialien und Prozessen verbunden sind: Stromverbrauch für die Prozesse und Reinraumanlagen, direkte Emissionen von Treibhausgasen, Gold (wenn verwendet) und flüchtige organische Chemikalien. Schließlich vergleichen wir dieses Ergebnis mit öffentlich verfügbaren Daten für Si-, GaN- und SiC-Leistungsbauelemente.