Leistungselektronik basiert auf Halbleitern, dem Hauptbestandteil von Mikrochips. Die meisten Mikrochips werden derzeit aus dem Halbleiter Silizium gefertigt, der dazu in nur wenige Zehntelmillimeter dicke Scheiben zerschnitten wird – die sogenannten Wafer. Laut Marktanalysen wird der weltweite Wafermarkt bis 2030 ein Volumen von rund 27 Milliarden Dollar erreichen.

Die seit rund 70 Jahren dominierende Siliziumtechnologie wurde zwar bis zur Perfektion weiterentwickelt, stößt nun aber langsam an ihre Leistungsgrenzen. Halbleiter aus Silizium eignen sich beispielsweise nicht für Hochleistungselektronik, bei der hohe oder sehr hohe Leistungen äußerst effizient erzeugt werden muss, wie etwa bei drahtlosen Kommunikationsanwendungen, Radarsensoren oder der elektronischen Kampfführung. HENSOLDT hat darum beschlossen, seine Kräfte mit Wettbewerbern in einer europäischen Allianz zu bündeln und gemeinsam ein neues Halbleitermaterial für die Verteidigungselektronik auf breiter Front zu erschließen: Galliumnitrid – kurz GaN.

Um die künftigen Potenziale von Galliumnitrid in der Verteidigungsindustrie zu erforschen, hat die European Defence Agency (EDA) das Projekt MUSTANG gestartet. In einem Zeitraum von drei Jahren hat ein Industriekonsortium die neue GaN-Halbleitertechnologie gemeinsam weiterentwickelt. Beteiligt waren neben HENSOLDT auch Saab (Schweden), Thales (Frankreich), Indra (Spanien) sowie HENSOLDTs Partnerunternehmen United Monolithic Semiconductors (UMS) aus Ulm, Experten in der Herstellung von GaN-Produkten.

Angesichts immer häufigerer protektionistischer Exportregulierungen für Halbleiter trägt das Projekt zur technologischen Souveränität Europas bei einer der Schlüsselkomponenten der digitalen Zukunft bei. Diese soll auch in weiteren europäischen Projekten mit Beteiligung von HENSOLDT weiter gestärkt werden.

Aktuell arbeitet HENSOLDT an einem Demonstrator für einen deutschen Kunden, mit dem das Leistungspotenzial der GaN-Technologie unter Beweis gestellt werden soll. Außerdem hat HENSOLDT mit weiteren europäischen Partnern das Gehäuse der Halbleiterchips – wichtig für den Schutz und die Integration auf der Leiterkarte – weiterentwickelt und erste Qualifikationen durchgeführt.

HENSOLDT setzt Galliumnitrid-Technologien schon heute in verschiedenen Lösungen ein. Die Vorteile sind vielfältig: Galliumnitrid ist robuster als etwa silizium- oder galliumarsenidbasierte Halbleiter und damit weniger störanfällig gegenüber feindlichen Radaren. Außerdem kann mit Galliumnitrid die Effizienz der Leistungsverstärker in bestehenden Radaren wie dem SPEXER‑MK III oder dem PrecISR deutlich erhöht werden. Dadurch reduzieren sich der Aufwand für die Kühlung und das Gewicht.

Galliumnitrid eignet sich optimal für integrierte Hochfrequenzschaltungen mit hohen Leistungen. Mit Frequenzen von bis zu 40 GHz gewinnen diese speziell für die elektronische Kampfführung zusehends an Bedeutung. Aktuell treibt HENSOLDT die Entwicklung der neuen GH15-Technologie voran. Sie wird heute bereits erfolgreich im multifunktionalen Hochfrequenzsystem integriert und ermöglicht aufgrund der Beschaffenheit von Galliumnitrid auch das breitbandige Stören und Täuschen von Signalen.

Im Rahmen des Projekts MUSTANG baut HENSOLDT seine Erfahrung mit der GH15-Technologie kontinuierlich weiter aus. Inzwischen konnten so bereits zahlreiche Mikrochip-Varianten mit rauscharmen Verstärkern, Hochleistungsverstärkern und Leistungsschaltern erprobt sowie neue Schaltungstopologien untersucht werden. Auch bei drei der vier Hochfrequenz-Demonstratoren mit HENSOLDT-Beteiligung beim „Future Combat Air System“ (FCAS) wird die GH15-Technologie voraussichtlich zum Einsatz kommen.

Mit Galliumnitrid hat eine neue Ära der Halbleitertechnologie begonnen. Mit neuen Leistungslevels, höherer Geschwindigkeit und gesteigerter Robustheit verringern sich gleichzeitig Größe und Gewicht elektronischer Komponenten. Das eröffnet neue Möglichkeiten, die vom Weltraum bis in die Medizin reichen. Genauso eignet sich Galliumnitrid ideal für die Verteidigungsanwendungen der Zukunft, indem es deren Leistungsfähigkeit erhöht, den Ressourcenverbrauch reduziert und zudem das Potenzial bietet, die Kosten der Endprodukte zu reduzieren. Zu all dem leistet HENSOLDT auf europäischer Ebene einen wesentlichen Beitrag.

Galliumnitrid Galliumnitrid (GaN) ist ein aus Gallium und Stickstoff bestehender Halbleiter. Bekannt ist er aus der Optoelektronik, wo er für blaue und grüne Leuchtdioden (LED) Verwendung findet. Die Herstellung hochwertiger Grundplatten aus Galliumnitrid für elektronische Bauelemente – die Wafer – gestaltet sich derzeit noch sehr aufwendig, wird aber weltweit vorangetrieben.