Laufende Arbeiten

– Ansprechpartner:

Szabo, Maximilian (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-626 , E-Mail: maximilian.szabo@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Heiß, Wolfgang
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

– Beschreibung:
Siliziumkarbid (SiC) hat sich als wichtiger Halbleiter für die Herstellung von Leistungsbauelementen etabliert und wird Silizium für einige Anwendungen vollständig ersetzen. Insbesondere SiC Graben-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (UMOSFET) ermöglichen eine höhere Effizienz, die ihre Integration in Elektroautos, Zügen oder Solarinvertern attraktiv machen.

Diese SiC-UMOSFETS erfordern ein sog. Trench-Gate, bei dem ein zuvor geätzter Graben mit einem Gate-Dielektrikum und einem Gate-Metall gefüllt wird. Dieses Gate Metall ist für die meisten Anwendungen kein Metall im klassischen Sinne, sondern stark dotiertes polykristallines Silizium (Poly-Si), welches in einem Low-Pressure-Chemical -Vapor-Deposition (LPCVD) Verfahren abgeschieden wird.

Die Anforderung an diesen Abscheideprozess ist, dass das Füllen der Gräben über den Wafer gleichmäßig und ohne Löcher oder Lücken erfolgt. Um dies zu erreichen, müssen dicke Schichten abgeschieden werden, die in den darauffolgenden Prozessschritten planarisiert werden. Für die Planarisierung wird reaktives Ionenätzen verwendet, um das Poly-Si in den Gräben zurückzuätzen. Für die Bewertung der Homogenität dieses Ätzprozesses, ist es notwendig die Schichtdicke des Poly-Si genau zu bestimmen.

Die optische Messung der Schichtdicke von Materialien auf SiC ist nicht trivial, da SiC halbtransparent ist. Zusätzlich ist die Oberflächenrauheit des abgeschiedenem Poly-Si hoch und kann durch den Planarisierungsschritt stark verändert werden. Daher ist es wichtig, geeignete physikalische Modelle zu verwenden und die optischen Konstanten des abgeschiedenen Materials mit hoher Genauigkeit zu bestimmen und so die genaue Schichtdickenbestimmung zu ermöglichen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, das abgeschiedene dicke Poly-Si mit einem optischen Modell zu beschreiben und anschließend die extrahierten Parameter in Schichtdickenmessungen für die Prozesskontrolle zu implementieren. Diese Prozesskontrollen werden dann verwendet, um einen Planarisierungsprozess für SiC-Trench-MOSFETS Gate Poly-Silizium zu charakterisieren.

– Ansprechpartner:

Jannik Schwarberg (M. Sc.)
Rommel, Mathias (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-108 , E-Mail: mathias.rommel@iisb.fraunhofer.de)
Rauh, Hubert (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-141 , E-Mail: hubert.rauh@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

– Beschreibung:
Für die Entwicklung von elektronischen Bauelementen ist es wichtig, grundlegende Testbauelemente und Schaltungen auf verschiedenste Weise charakterisieren zu können. Hierfür wird in der Regel eine Messnadel mithilfe eines Mikromanipulators auf dem Kontaktpad abgesetzt und somit der elektrische Kontakt zwischen Probe und Spannungsquelle hergestellt. Für einige Messplätze (zum Beispiel in kryogenen Umgebungen) steht diese Möglichkeit nicht zur Verfügung. Hier sollen die Kontaktpads der elektrischen Bauelemente mithilfe von Ball-Wedge-Wirebonds mit Golddrähten elektrisch mit einer Leiterplatte verbunden werden, welche dann an die Spannungsquelle angeschlossen wird.

Da die Chipfläche bei SiC Prozessen sehr teuer ist und somit möglichst viele Bauelemente auf den einzelnen Chips untergebracht werden sollen, besteht ein großes Interesse darin, die Kontaktpads so klein wie möglich zu machen. Um diese kontaktieren zu können, ist es nötig einen Ball-Wedge -Wirebondprozess mit einem 25µm dünnen Golddraht zu etablieren. Hierbei sollen Kontaktpads mit einer Kontaktfläche von 100µm x 100µm zuverlässig und ohne Kurzschlüsse zu umliegenden Kontaktpads kontaktiert werden.

Ziel der Arbeit ist es zunächst einen stabilen Ball-Wedge-Bond Prozess zu entwickeln und im Anschluss daran die resultierenden Bonds sowohl mechanisch als auch elektrisch zu analysieren und so die Bond-Prozessparameter zu optimieren. Da die so gebondeten Bauteile in einem sehr großen Temperaturbereich analysiert werden sollen, liegt ein besonderes Augenmerk sowohl auf den elektrischen Eigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen als auch der Zuverlässigkeit der Bonds nach thermischem Zyklen.

– Ansprechpartner:

Thomas Wostatek (M. Sc.)
Dr.-Ing. Saskia Schimmel

– Beschreibung:
Nitrid-Halbleiter als Halbleiter großer Bandlücke spielen eine immer stärkere Rolle als Substratmaterial für leistungselektronische Bauelemente. Die ammonothermale Kristallzüchtung ist eine vielversprechende Züchtungsmethode für verschiedenste Nitrid Halbleiter-Materialien. Der Vorteil dieser Methode ist die Möglichkeit Kristalle mit sehr hoher struktureller Qualität herzustellen, sowie deren Skalierbarkeit simultan mehrere Kristalle zu züchten. Ein Nachteil der Methode ist das aktuell nicht vermeidbare hohe Level an Verunreinigungen. Eine Haupt-Verunreinigung dabei stellt Sauerstoff dar. Diese hohe Sauerstoff-Verunreinigung beeinträchtigt die Dotierbarkeit der Nitrid-Halbleiter selbst und wirkt zudem auf die Entstehung weiterer Kristalldefekte ein. Um das Level an Verunreinigungen generell und vor allem an Sauerstoff weiter zu reduzieren, soll im Rahmen dieser Arbeit ein stark verbesserter Autoklaven-Aufreinigungsprozess entwickelt werden. Dazu sollen über einen Versuchsaufbau Autoklaven (Reaktionsbehälter) vor der Züchtung ausgeheizt werden. Während dieses Ausheizprozesses soll die Atmosphäre in den Autoklaven variiert werden, von Vakuum zu einer reduzierenden Atmosphäre und/ oder Inertgas Atmosphäre. Die Effektivität des Reinigungsprozesses beziehungsweise die desorbierenden Gase werden dabei in-situ mit einen Massenspekrometer untersucht. Auf Basis dieser Spektrometer Daten wird der Aufreinigungsprozess optimiert. Nachdem ein optimierter Reinigungsprozess gefunden wurde, soll ein Nitrid-Kristall gezüchtet werden, um den Effekt des Aufreinigungsprozesses auf die in den Kristall eingebauten Verunreinigungen zu verifizieren und zu quantifizieren.

– Ansprechpartner:

Thomas Wostatek (M. Sc.)
Dr.-Ing. Saskia Schimmel
Zenk, Markus (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-260 , E-Mail: markus.zenk@iisb.fraunhofer.de)

– Beschreibung:
Nitride semiconductors as semiconductors with a large band gap are playing an increasingly important role as substrate material for power electronic devices. Ammonothermal crystal growth is a promising growth method for a wide variety of nitride semiconductor materials. The advantage of this method is the ability to produce crystals with very high structural quality and the scalability due to the simultaneous growth of several crystals.
In crystal growth, technology development plays a crucial role for the process development, to obtain crystals of higher quality (crystalline perfection, purity, etc.). One key technology in this field is modelling and simulation of the growth furnace to understand the key parameters for controlling the thermal field. This allows for a targeted optimization of the furnace construction as well as the operating parameters during the crystal growth.
In this work, a model will be created for a novel concept of a three-zone furnace for ammonothermal crystal growth, including the thermal surroundings of the furnace. The model will be validated with reference measurements obtained by experiments using the novel three-zone furnace, focusing on the temperature distribution along the outer wall of the autoclave. Deviations between the experimentally obtained data and the simulation results will be evaluated, aiming for an understanding of their causes. The model will be adapted if necessary. The model will then be used to identify the key parameters of the setup and to verify the weaknesses and strengths of the concept. The next step is to optimize the control variables and to derive possible new steps in the technology development towards improved growth conditions.

– Ansprechpartner:

– Beschreibung:
Durch Mikrospektroskopie, der Kombination eines Mikroskops und eines Spektrometers, können vielfältige Schichtstapel, wie Dünnschichtsysteme oder 2D-Materialien, untersucht werden. Durch komplexe Modellierung via Transfer-Matrix-Methoden ist es möglich Parameter der einzelnen Schichten (z.B. die Dicke) zerstörungsfrei zu ermitteln. Die präzise Bestimmung der Dicke anhand von Reflexionsmessungen wurde an LEB und IISB bereits durch Vorarbeiten an verschiedenen Mikrospektroskopiesystemen bewiesen.
Während Untersuchungen in Reflexion etabliert sind, gibt es zu quantitativen Studien in Transmission wenig Literatur. In der Mikrospektroskopie muss insbesondere bei hoher numerischer Apertur die Einfallswinkelverteilung beachtet werden. In Bezug auf Transmission gibt es hierzu ebenfalls keine Untersuchungen.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen diverse Dünnschichtsysteme an einem Mikrospektroskopiesystem mit verschiedenen Objektiven in Transmission vermessen werden. Dabei ist neben der Modellierung des Einflusses der numerischen Apertur auch die Validierung einer möglichen Referenzprobe für quantitative Analysen zu überprüfen. Ziel der Arbeit ist der Entwurf einer geeigneten Modellierung für quantitative mikrospektroskopische Messungen in Transmission.
Bei raschem Voranschreiten kann auch der Einsatz von linear polarisiertem Licht Gegenstand der Arbeit sein.

Zielgruppe und Qualifikationen:
– Bachelor- oder Masterstudierende (Umfang der Arbeit wird entsprechend angepasst)
– Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik, Mechatronik, Werkstoffwissenschaften und Nanotechnologie
– Interesse an optischer Materialcharakterisierung. Vorkenntnisse im Bereich optischer Mikroskopie sind von Vorteil, aber nicht notwendig
– Grundkenntnisse in der Programmierung (Python, Matlab) sind wünschenswert
– Selbstständige, gewissenhafte Arbeitsweise

– Ansprechpartner:

Scharin-Mehlmann, Scharin (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-254 , E-Mail: marina.scharin-mehlmann@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

– Beschreibung:
Wird noch eingestellt.