Untersuchung des Halbleiterverhaltens bei tiefen Temperaturen für supraleitende Generatoren

  • Forschungsthema:Konzeptstudie Halbleiter
  • Typ:Bachelor-/Masterarbeit
  • Datum:ab sofort
  • Betreuer:

    Simon Frank

    Fabian Stamer

  • Bild:

  • Bearbeiter:

    offen

  • Motivation

    In vielen Anwendungen werden Leistungshalbleiter aufgrund der thermischen Anbindung ihrer Kühlkörper an die Umgebungstemperatur meist nahe ihrer maximalen Sperrschichttemperatur betrieben. Der Betrieb bei tieferen Temperaturen hingegen verspricht je nach Halbleitertechnologie eine Verringerung des Durchgangswiderstands oder der Knickspannung, sowie einer Verkürzung der Schaltzeiten. Dadurch können u.U. die Halbleiterverluste reduziert und somit ein besserer Wirkungsgrad des kompletten Stromrichters erreicht werden. Die hierfür notwendigen Tieftemperaturen können z.B. durch Nutzung der bei bestimmten Anwendungen schon vorhandenen Kühlsysteme bereitgestellt werden. Ein Beispiel hierfür sind supraleitende Generatoren, welche im kryogenen Temperaturbereich (bei etwa 100 K) betrieben werden. Diese können in Kombination mit einer wirkungsgradoptimierten Leistungselektronik einen weiteren Schritt zum Erreichen der Energiewende, sowie der damit verbundenen Klimaziele leisten.

     

    Aufgabenstellung

    In dieser Arbeit sollen zunächst die Eigenschaften aktuell verwendeter aktiver und passiver Halbleiterbauelemente bei tiefen Temperaturen recherchiert und mögliche Vorteile gegenüber dem standardmäßigen Betrieb bei Sperrschichttemperaturen von über 100 °C hervorgehoben werden. Des Weiteren sollen bei dieser Recherche auch neuartige supraleitende Transistoren betrachtet werden. Im nächsten Schritt soll der konkrete Anwendungsfall eines supraleitenden Generators näher untersucht und Konzepte einer bei tiefen Temperaturen arbeitenden, hocheffizienten Leistungselektronik erarbeitet werden. Dazu sollen die Daten real existierender Halbleiter verwendet und die Tieftemperatur-Konzepte mit einem Referenzkonzept mit Kühlung bei Raumtemperatur verglichen werden.