Offene Arbeiten

– Ansprechpartner:

Maximilian Ley (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-519 , E-Mail: maximilian.ley@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

– Beschreibung:
Genaue Abstimmung des Themas erfolgt nach Rücksprache mit dem Kandidaten

Ziel:
– Bestimmung des spezifischen Widerstands ρ_C des p- und n- Kontaktes auf 4H-SiC
– Eine bessere Charakterisierung der Eigenschaften des Kontaktes durch Teststrukturen (z.B. TLM – Transfer Length Methode)

Aufgaben:
– Designvariationen: Erstellung und Modifikation verschiedener TLM-Designs (z.B. unterschiedliche Geometrien)
– Simulationen: Durchführung von elektrischen Simulationen mit Sentaurus TCAD
– Parameterstudien: Systematische Variation von Designparametern (z.B. Kontaktabstände, Kontaktgröße, …)
– Datenerfassung: Durchführung von Messungen an TLM-Strukturen
– Optimierung: Identifikation der optimalen Designparameter zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der TLM-Strukturen

Anforderungen:
– Kenntnisse in Halbleiterphysik und -technologie
– Erfahrung mit Python
– (Erfahrung mit Simulationssoftware)

Die Abschlussarbeit bietet Dir spannende Einblicke in die kleine Welt der Halbleiter und die Möglichkeit praktische Erfahrungen in der wissenschaftlichen Arbeit der Halbleiterindustrie zu gewinnen. Dabei nutzt Du Simulationen als Werkzeug, um reale Herausforderungen in der Halbleiterwelt zu lösen.
Bei Fragen und Interesse kannst Du Dich sehr gerne per Mail bei mir melden und wir vereinbaren einen Termin.
Ansprechpartner: maximilian.ley@iisb.fraunhofer.de

– Ansprechpartner:

Christophe Pixius (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-553 , E-Mail: christophe.pixius@iisb.fraunhofer.de)
Fabian Magerl (M. Sc.)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

– Beschreibung:
Im Rahmen der Arbeit sollen bereits prozessierte SiC-Teststrukturen und Bauelemente bei einer Umgebungstemperatur zwischen 4 K und 300 K charakterisiert werden. Hierfür steht am benachbarten Standort unseres Partners Fraunhofer IISB ein elektrischer Messplatz zur Verfügung. Es wird eine Einarbeitung zur selbstständigen Durchführung der Messungen durch den Studenten erfolgen. Die Messergebnisse sollen anschließend mittels gängiger Software (python, Origin, Excel) ausge-wertet und hinsichtlich vorliegender physikalischer Prozesse im Material und der Funktionsfähigkeit der Bauelemente bewertet werden.

Der Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente befasst sich u.a. mit der angewandten Forschung in den Bereichen Technologie und Fertigung elektronischer Bauelemente auf Basis des Halbleiters Siliziumkarbid (SiC). Forschungsschwerpunkte des Lehrstuhls liegen bei der Entwicklung, Charakterisierung und Simulation neuer Herstellungsverfahren und Bauelemente sowie bei der Entwicklung und Optimierung von Anlagen und Materialien für die Mikro- und Nanoelektronik.
Seit 2020 beschäftigen sich Wissenschaftler des Lehrstuhls mit dem innovativen Themenfeld der Quantenbauelemente und der Prozessintegration für quanten-elektronische Anwendungen. Dabei liegt der Fokus darauf, das in der Mikroelektronik bekannte und geschätzte Halbleitermaterial SiC im Bereich des Quanten-Computings zu nutzen und SiC-Qubits in Bauelemente zu integrieren. Das neuartige Forschungsgebiet stößt hierbei auf technologische Grenzen, die es zu überwinden gilt, sowie auf physikalische Fragestellungen hinsichtlich Optik, Photonik und Elektronik unter extremen Bedingungen, wie beispielsweise der elektrische Betrieb von Bauelementen bei 4..20 K Umgebungstemperatur.
Im Rahmen einer Masterarbeit wird angeboten Teil dieses Forschungsgebietes zu werden. Es sollen dabei bereits prozessierte SiC-Teststrukturen und Bauelemente bei einer Umgebungstemperatur zwischen 4 K und 300 K charakterisiert werden. Hierfür steht am benachbarten Standort unseres Partners Fraunhofer IISB ein elektrischer Messplatz zur Verfügung. Es wird eine Einarbeitung zur selbstständigen Durchführung der Messungen erfolgen. Die Messergebnisse sollen anschließend mittels gängiger Software (python, Origin, Excel) ausgewertet und hinsichtlich vorliegender physikalischer Prozesse im Material und der Funktionsfähigkeit der Bauelemente bewertet werden. Kenntnisse über chemisch-physikalische Prozesse in Halbleitermaterialien sind daher vorteilhaft. Die Begriffe Teststrukturen und Bauelemente beziehen sich in diesem Fall auf Widerstandsstrukturen, TLM-Strukturen, Dioden, Kondensatoren und ggf. Transistoren. Es kann damit maßgeblich dazu beigetragen werden am LEB und dem engen Kooperationspartner Fraunhofer IISB eine Technologielinie für Quanten-Anwendungen zu etablieren.

– Ansprechpartner:

Dr. Michael Seidel (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-168 , E-Mail: michael.seidel@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

– Beschreibung:
Siliziumkarbid (SiC), als Vertreter der Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke, ist seit einiger Zeit in der Leistungselektronik etabliert, besitzt aber auch Anwendungspotential im Bereich der aufkommenden Quantentechnologien, z.B. Quantencomputer, Quantenkommunikation und Quantensensorik. Die Abteilung Materialien des Fraunhofer-IISB hat in den letzten Jahren in zahlreichen Forschungsprojekten umfangreiche wissenschaftliche Expertise im Bereich der Quantentechnologie auf der Basis von Spin-Qubits in Siliziumkarbid und Diamant aufgebaut. Dabei spielt unter anderem die Herstellung von SiC-Dünnschichten auf Oxid eine herausragende Rolle. Solche SiC-on-Insulator (SiCOI) Substrate sind eine vielversprechende Materialplattform für eine Vielzahl von (quanten-)photonischen Strukturen, z.B. optische Resonatoren und Wellenleiter.
Derzeit verfügbare SiCOI-Substrate leiden meist unter schlechter Materialqualität (z.B. Kristallschäden oder Rauigkeit) oder inhomogenen Schichtdicken, was die Skalierbarkeit der Plattform drastisch einschränkt. Elektrochemisches Ätzen bietet die Möglichkeit, dotierungsabhängige Ätzstopps zu realisieren, um die Schichtdickenvariation entscheidend zu minimieren. Diese Möglichkeit wird derzeit mit einem eigens beschafften elektrochemischen Ätz-Tool untersucht. Zur Unterstützung unserer experimentellen Arbeiten benötigen wir numerische Simulationsmethoden, um das Verständnis des Ätzprozesses zu erweitern und Vorhersagen über experimentell zugängliche Größen wie Oberflächenätzprofile zu erhalten. Dies soll im Rahmen dieser Abschlussarbeit untersucht werden, die sowohl als Bachelor- als auch als Masterarbeit geeignet ist.

Was Du bei uns tust
– Entwicklung numerischer Simulationsmodelle (Comsol oder Sentaurus TCAD) für das elektrochemische Ätzen von Siliziumkarbid zur Herstellung von SiC-on-Insulator-Substraten für die Quantentechnologie
– Aufbau neuer Modelle auf Basis der Fachliteratur bzw. Weiterentwicklung bestehender Modelle zur Vorhersage des dotierungsabhängigen elektrochemischen Ätzens, insbesondere von Ätzprofilen auf Chipebene
– Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten eines neu beschafften elektrochemischen Ätz-Tools

Was Du mitbringst
– Student*in im Bereich im Bereich Physik, Chemie, Materialwissenschaft, Nanotechnologie oder anderer MINT-Studiengänge
– Idealerweise Erfahrungen mit numerischen Simulationstools, oder Interesse an solchen Methoden
– Selbständige und sorgfältige Arbeitsweise, Eigeninitiative sowie Interesse am wissenschaftlichen Arbeiten

– 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:

– Beschreibung:
Nitrid-Halbleiter als Halbleiter großer Bandlücke spielen eine immer stärkere Rolle als Substratmaterial für Bauelemente (z.B. Dioden, Transistoren) in leistungselektronischen Anwendungen, die mit gängigen Materialien (z.B. Silizium) nicht erschlossen werden können. Die ammonothermale Kristallzüchtung ist eine vielversprechende Züchtungsmethode um solche Nitrid Halbleiter-Materialien herzustellen. Der Vorteil dieser Methode ist die Möglichkeit Kristalle mit sehr hoher struktureller Qualität herzustellen, sowie deren Skalierbarkeit simultan mehrere Kristalle zu züchten.

Neben einer kleinen Gruppe relativ weit entwickelter Nitride (GaN und AlN, zwei wichtige Halbleiter großer Bandlücke) setzen wir den Fokus in unserer Arbeitsgruppe auch auf weitere Nitrid Halbleiter-Materialien, welche bisher kaum erforscht sind, jedoch vielversprechende Materialparameter haben (z.B. MgSiN₂, AlCrN etc.).

Für die Erforschung des Ammonothermalen Verfahrens verfügt unsere Arbeitsgruppe über weltweit einmalige Möglichkeiten zur in situ Beobachtung chemisch-physikalischer Prozesse in Hochdruckbehältern. Die Forschungsziele unserer Arbeitsgruppe sind:
• Materialherstellung,
• Materialcharakterisierung,
• Evaluation und Erprobung von Anwendungsmöglichkeiten in elektronischen Bauelementen
von Nitrid-Halbleiter-Kristallen.

Aufgrund des stark interdisziplinären Charakters des Forschungsgebietes entstehen hier vielfältige Mitwirkungsmöglichkeiten in Form von Bachelor oder Masterarbeiten nicht nur für Elektrotechniker, sondern auch für Studenten und Absolventen weiterer Fachrichtungen
(z.B.: Chemieingenieurwesen, Materialwissenschaften, Physik, Chemie, Advanced Materials and Processes, Geowissenschaften oder eines vergleichbaren MINT-Faches Materialwissenschaften).

Falls Du dich für einen oder mehrerer unserer Forschungsziele begeistern kannst oder Du dir vorstellen kannst deine Abschlussarbeit bei uns zu schreiben kannst Du dich gerne bei uns melden. Es hilft uns sehr, wenn Du uns deine Bewerbungsunterlagen gleich mitschickst.
Wir freuen uns von Dir zu hören!

Silizium Carbid (SiC) eignet sich u.a. wegen seiner großen Bandlücke außerordentlich gut für die Herstellung von elektrischen Bauelementen (z.B. Dioden, Transistoren und Sensoren) für den Einsatz in leistungselektronischen Anwendungen und den Betrieb in beanspruchenden Umgebungen (z.B. Strahlung, Temperatur), die mit gängigen Materialen (z.B. Silizium) nicht erschlossen werden können. Das Fraunhofer IISB hat gemeinsam mit der FAU eine SiC Bi-CMOS Technologie entwickelt, mit der Leistungsbauelemente mit typischerweise 1,2 kV Sperrspannung und hochtemperaturfähige Sensoren und integrierte Schaltungen für den Einsatz bei bis zu 600 °C hergestellt werden können.

Die Entwicklung dieser SiC Technologie bringt zahleiche Herausforderungen mit sich, aus denen sich Möglichkeiten für Abschlussarbeiten (Bachelor- und Masterarbeiten) in den folgenden Themenkomplexen ergeben:

SiC-CMOS-Technologie und -Bauelemente

– Ansprechpartner: Alexander May (E-Mail: alexander.may@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Entwicklung von integrierten Schaltungen und Sensoren für Hochtemperaturanwendungen.

– Herausforderung: Grundsätzliche Realisierung von integrierten Schaltungen und Sensoren in SiC und Langzeitstabilität bei hohen Temperaturen.

SiC-Trench-MOSFET-Technologie und -Bauelemente

– Ansprechpartner: Maximilian Szabo (E-Mail: maximilian.szabo@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Reduzierung der Verlustleistung und Verbesserung des Einschaltwiderstands (R_on) von MOSFETs mittels Integration von Grabenstrukturen.

– Herausforderung: Ätzen der Gräben mit anschließendem Verfüllen und Planarisieren zur Herstellung der Gate-Strukturen und der Gate-Elektrode.

SiC Überstromschutzschalter

– Ansprechpartner: Norman Böttcher (E-Mail: norman.boettcher@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Konzeptionierung eines selbst-versorgten und selbst-auslösenden halbleiterbasierten Überstromschutzschalters.

– Herausforderung: Entwurf und physische Realisierung eines Konzepts mit konkurrenzfähigen Spezifikationen im Vergleich zum Stand der Technik.

Optische Materialcharakterisierung

– Ansprechpartner: Julien Körfer (E-Mail: julien.koerfer@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Kenntnis über Schichtdicke und -zusammensetzung während des Herstellungsprozesses ist essenziell für korrekte Prozessierung.

– Herausforderung: Unbekannte Zusammensetzung oder hohe Oberflächen-rauhigkeit machen neue Charakterisierungsmethoden notwendig.

Elektrische Materialcharakterisierung

– Ansprechpartner: Julian Kauth (E-Mail: julian.kauth@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Kenntnis über die Anzahl der tatsächlich vorhanden Ladungs-träger ist essenziell für die korrekte Modellierung von Bauelementen.

– Herausforderung: Ein nicht abschließend geklärter Effekt bei Aluminium-dotiertem SiC führt zu einer unerwarteten Reduzierung von Löchern.

Die skizzierten Themenkomplexe bedienen sich inhaltlich und methodisch aus den folgenden Aspekten:
– Modellierung von Bauelementen und Teststrukturen

• – Analytisch in Python oder Octave, zur Bestimmung der physikalischen Zusammenhänge und zur Feststellung von Kausalzusammenhängen.

– Numerisch in TCAD, zur Abschätzung der elektrischen, thermischen oder mechanischen Eigenschaften eines konkreten Bauelemententwurfs.

– Entwurf von Schaltungen und Teststrukturen

• – Entwurf und Simulationen analoger und digitaler Schaltungen in Spice oder Cadence.

– Entwurf der für den Herstellungsprozess verwendeten Fotomasken.

– Begleitung von Herstellungsprozessen im Reinraum

• – Planung der durchzuführenden Prozessschritte zur Herstellung der Proben und Durchführung von Kontrollschritten (z.B. Mikroskop, Reflektometer).

– Ggf. Einarbeitung in ausgewählte Anlagen im Reinraum zur Entwicklung benötigter Prozessschritte.

– Elektrische Charakterisierung von Bauelementen und Teststrukturen

• – Messungen der Strom-Spannungs- oder Kapazitäts-Spannungs-Kennlinien bei höhten Temperaturen oder des Schaltverhaltens von Schaltern.

– Auswertung der Experimente hinsichtlich technologischer Fragestellungen (z.B. Ladungsträgerkonzentration, Zuverlässigkeit, Leistungskennzahlen).

Falls Du dich für einen konkreten Themenkomplex begeistern kannst oder Du dir vorstellen kannst, dass deine Abschlussarbeit einen der methodischen Schwerpunkte haben soll, schreib gern einen oder mehrere von uns an. Es hilft uns sehr, wenn Du uns deine Bewerbungsunterlagen gleich mitschickst.
Falls Dir mehrere Themen zusagen, können wir gern in einem Kennenlerngespräch gemeinsam herausfinden, welches am besten passt.
Wir freuen uns von Dir zu hören!

– Ansprechpartner:

Dr. Carsten Hellinger (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-590 , E-Mail: carsten.hellinger@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

– Beschreibung:
Niederohmige Kontaktübergänge sind die Grundlage für einen guten Wirkungsgrad von Leistungshalbleiter-bauelementen. Im Reinraum des LEBs, welcher zusammen mit dem Fraunhofer IISB genutzt wird, werden unter anderem Leistungshalbleiterbauelemente auf Siliziumkarbid-Basis prozessiert. Um eine stetige Entwick-lung der Technologie zu gewährleisten, wurden neue Anlagen zur Aufbringung von Metallen und zur Tempe-raturbehandlung der Metalle angeschafft, mit denen durch Einsilizidieren der Metallschichten Ohmkontakte auf Halbleiterbauelemente hergestellt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit soll zunächst eine Literatur-recherche und anschließend eine Parameterstudie durchgeführt werden, mit dem Ziel, Verfahren zur Herstel-lung von nickelbasierten Ohmkontakten zu optimieren. Dabei dient die Herstellungstechnologie an den bisher verwendeten Anlagen als Referenz. In Testprozessen sollen zum einen die Metallisierungsparameter (wie z.B. die Schichtdicke und Schichtzusammensetzung) und zum anderen die Parameter bei der Temperaturbehand-lung der Metalle (wie Temperatur, Dauer und Atmosphäre) variiert werden. Die Ergebnisse der Testprozesse sollen anschließend charakterisiert und ausgewertet werden und die ermittelten Parameter auf Bauelemente aktueller Projekte angewendet werden.

– Ansprechpartner:

Dr. Sven Besendörfer (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-182 , E-Mail: sven.besendoerfer@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

– Beschreibung:
Das Halbleitermaterial Galliumnitrid (GaN) spielt auf Grund seiner großen Bandlücke eine zunehmend wichtige Rolle als Basismaterial für leistungselektronische Bauelemente wie zum Beispiel Transistoren. Entscheidend für die Abscheidung dazu notwendiger, funktionaler Bauelementschichten ist ein qualitativ möglichst gutes GaN-Substrat, das heißt das Vorhandensein einer möglichst geringen Dichte an Kristalldefekten, wie beispielsweise Versetzungen. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird das Verfahren der Röntgentopographie (XRT) auf seine Anwendbarkeit zur Charakterisierung der Versetzungsdichte von HVPE-GaN untersucht. Dazu wird zunächst eine systematische Variation von Messparametern durchgeführt und deren Auswirkungen auf die Sichtbarkeit von Versetzungsstrukturen in den mittels XRT aufgenommenen Bildern evaluiert. Auf Basis dieser Ergebnisse werden Ätzexperimente durchgeführt, welche eine lokale Bestimmung der expliziten Versetzungsdichte erlauben. Im direkten Vergleich beider Methoden wird geprüft, ob sich eine Kalibrierkurve erstellen lässt, welche es erlaubt, die Versetzungsdichte allein mittels XRT zu bestimmen.

Was Du bei uns tust
– Durchführung von röntgentopographischen (XRT) Messungen und nasschemischen Ätzversuchen an GaN-Proben
– Untersuchung des Zusammenhangs von Messparametern mit der Sichtbarkeit von Versetzungsstrukturen in XRT-Topogrammen
– Vergleich der gemessenen XRT-Topogramme mit den Ergebnissen der Ätzversuche und Evaluierung der Möglichkeit der Erstellung einer Kalibrierkurve
– Umfassende und detaillierte Auswertung mittels programmatischen Ansatzes sowie regelmäßige Präsentation im Team

Was Du mitbringst
– Studium der Physik, Materialwissenschaften, Nanotechnologie, Geowissenschaften oder eines vergleichbaren MINT-Faches
– Spaß an experimenteller Laborarbeit sowie Datenauswertung/-analyse
– Grundkenntnisse in Python oder Mathematica und Bereitschaft, sich tiefergehend einzuarbeiten
– Idealerweise Grundkenntnisse in Röntgenbeugung
– Selbstständige und sehr sorgfältige Arbeitsweise