IISc-Forscher entwickeln eine robuste Hochspannungs-Automobiltechnologieplattform, um den Chipmangel zu beheben

Einer der Hauptgründe für die Chipknappheit seit Anfang 2021 ist die steigende Nachfrage nach Automobil- und Konsumgütern, deren Hauptanteile von der Elektronik angetrieben werden. Forscher des Indian Institute of Science (IISc) haben jedoch im Rahmen des IMPRINT-Programms der indischen Regierung mit einer Halbleitergießerei zusammengearbeitet, die möglicherweise eine Lösung für dieses Problem bietet.

Das IISc-Team hat mit der Entwicklung einer einheimischen Technologieplattform zur Herstellung von (analogen) Automobilchips begonnen, die für kommerzielle und strategische Anwendungen verwendet werden sollen. IMPRINT ist die erste vom Bildungsministerium unterstützte gemeinsame Pan-IIT+IISc-Initiative ihrer Art, um die großen wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen anzugehen, mit denen Indien konfrontiert ist, und sich dafür einzusetzen, die Nation zu integrativem Wachstum und Eigenständigkeit zu befähigen, zu befähigen und zu ermutigen .

In einer Erklärung des IISc heißt es: „Automobilchips unterscheiden sich von den herkömmlichen Prozessorchips, die in Geräten wie Smartphones und Laptops verwendet werden. Ein Automotive-Chip (auch als Leistungs-ASIC bezeichnet) muss verschiedene Aufgaben gleichzeitig erledigen, einschließlich Instrumentierung, Erfassung und Steuerung verschiedener elektromechanischer Teile.“

Es fügte hinzu: „Die elektrische Schnittstelle zu diesen Teilen arbeitet mit höheren Spannungen (5 V bis 80 V) im Vergleich zu einem Prozessorchip, der nur einen Niederspannungsschalter oder -transistor (0,9 V bis 1,8 V) benötigt. Die Entwicklung einer Technologieplattform, die das breite Leistungsspektrum bietet, das für Automobilchips erforderlich ist, war schon immer eine Herausforderung für die Industrie und kann 5 bis 6 Jahre dauern, im Gegensatz zur Prozessortechnologieplattform, die normalerweise etwa 1,5 bis 2 Jahre dauert. Diese zusätzliche Zeitinvestition kann sich jedoch in Form einer deutlich geringeren Obsoleszenzrate auszahlen – solche Chiptechnologien können 15-20 Jahre halten, ohne ersetzt werden zu müssen.“

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Automobilchips erfordern Hochspannungsschalter oder Transistoren, die auf dem Chip eingebaut sind. Diese Transistoren werden Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductors (LDMOS) genannt. Silizium-LDMOS-Bauelemente sind eine Art von Feldeffekttransistoren, die bei viel höheren Spannungen betrieben werden können als normale Transistoren.

Sie können auch mit Milliarden anderer Transistoren in einem Chip integriert werden. Diese Anforderung ist auch besonders wichtig für Weltraum- und Verteidigungsanwendungen.

Unter Berücksichtigung dieser Anforderungen haben das IISc-Team und sein Foundry-Partner an der Entwicklung einer Reihe von LDMOS-Geräten (von 10 V bis 80 V) mit Eigenschaften gearbeitet, die den aktuellen Branchenangeboten entsprechen. Die gemeinsame Anstrengung hat zur Entwicklung einer robusten Hochspannungs-Automobiltechnologieplattform geführt.

In der Industrie verfügbare Technologieplattformen haben die Fähigkeit ermöglicht, Schaltungen zu entwickeln, die Spannungen im Bereich von 7 V bis 80 V handhaben können, wodurch die früheren Fähigkeiten von inländischen Partnern von 3,3 V erheblich gesteigert wurden.

Die Erweiterung dieses Portfolios auf 80 V durch den Import von Technologie hätte mehrere zehn Millionen US-Dollar gekostet. Diese Zusammenarbeit hat den Baseline-Prozess erweitert und die Entwicklung von Geräten ermöglicht, die mit 80 V betrieben werden können, zu einem Preis von weniger als 0,5 Millionen US-Dollar.

Prof. Mayank Shrivastava (Department of Electronic Systems Engineering), der das Projekt vom IISc leitete, sagte: „Das IISc und seine Partner arbeiteten ziemlich genau wie ein industrielles F&E-Team und gingen anders mit den grundlegenden Problemen um, was die Industrie normalerweise empirisch (durch Versuch und Irrtum) handhabt ). Zum Beispiel könnten wir tiefer in einige grundlegende Probleme im Zusammenhang mit diesen Geräten eintauchen, wie das Quasi-Sättigungsverhalten, das in den letzten mehr als 40 Jahren nicht vollständig verstanden/gelöst wurde. Dank des IMPRINT-Programms für die Ermöglichung einer solchen Entwicklung, die sich als eine Win-Win-Situation für das IISc und seinen Foundry-Partner herausstellt.“

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Shrivastava fügte hinzu, dass die entwickelten Geräte streng getestet und für robust befunden wurden. „Diese LDMOS-Geräte können jetzt zu Standardangeboten werden (wie jede andere Branche), was unserem Foundry-Partner helfen wird, eine Reihe von VLSI-Produkten im eigenen Haus zu entwickeln. Außerdem kann die Technologie oder das Know-how auf andere Halbleiterhersteller übertragen werden, die ihren Prozess von Basis-CMOS auf einen Automobilprozess skalieren möchten“, sagte er.