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Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Charakterisierung.

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1 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Charakterisierung Strukturelle, chemische, optische, elektronische Eigenschaften Aufgaben: Defektstrukturen analysieren auf allen Skalen Entstehungsmechanismen ableiten Prozessführungen verbessern Projekt III Pensl Hall, DLTS, Admittanz Projekt VI Magerl Röntgen- beugung Projekt VII Strunk Elektronen- mikroskopie Projekt VIII Hundhausen Mikro-Raman- spektroskopie Projekt IX Frey Teststrukturen – elektrische Parameter

2 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Projekt VII Realstruktur und Wachstums- mechanismen Elektronen- mikroskopie Mikro-Raman- spektroskopie Röntgen- beugung Hall, DLTS, Admittanz, I-V - / C-V - Kennlinien nmµmmm Projekt VIII Charakterisierung des Kristallwachstums durch Projekt VI Charakteri- sierung von Defekten durch Projekt III Sublimations- züchtung Projekt IX Charakterisierung von Teststrukturen

3 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung traditionelle Laborverfahren ( ~ 10 keV), bei Bedarf Erweiterung mit Synchrotronstrahlung (z. B. Phasenkontrastverfahren): Diffuse Streuung (bestrahltes SiC) Profilanalyse (Rockingkurven) Topographie (Schraubenversetzungen in SiC) Röntgenbeugung zum Erkennen von strukturellen Defekten (Versetzungen, Mosaizitäten, Verzerrungen, Gitterparameter, Einschlüsse, etc.)

4 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung neue Methoden: hochenergetische Röntgenbeugung (>100 keV) Eigenbau und an Synchrotronquellen : zerstörungsfreie Analyse von Volumenkristallen / in situ Hochtemperaturuntersuchungen Laue Transmissionsdiffraktometer Dreikristalldiffraktometer Profilanalyse von Braggmaxima (reciprocal space mapping) zum Trennen von longitudinalen und transversalen Gitterstörungen Neutronen-bestrahltes 6H SiC

5 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung 21R-SiC 6H-SiC 15R-SiC 4H-SiC Transversal-akustische Phononenmoden Charakterisierung durch Mikro-Raman-Spektroskopie Jeder Polytyp hat charakteristisches Spektrum Konfokale Mikroskopie Laterale Ortsauflösung bis 1 m Tiefenauflösung bis 10 m Mechanische Verspannungen bewirken Frequenzverschiebung der Phononen Quantitative, ortsaufgelöste Messung von Verspannungen Bestimmung des 13 C/ 12 C - Verhältnisses Atommasse geht in Phononenfrequenz ein

6 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Beispiel: Untersuchung eines 6H-SiC Einschlusses in 4H-SiC 6H-SiC-Einschluß ist nicht polytypenrein (ca. 10% 4H-SiC) Detektion von Polytypumschlägen (4H – 6H) 4H-SiC Minoritätspolytyp befindet sich unter Zugspannung (a 4H < a 6H )

7 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Realstruktur und Wachstumsmechanismen von SiC- Einkristallen Nano- und mikroskopische Verfahren Elektronenmikroskopie: Volumen – Abbildung und Analytik Rastersondenmikroskopie: Oberfläche – Topologie Themenbereiche Anwachsprozess: Struktur Grenzfläche Substrat / Kristall Polytypumschläge, Polytypgrenzflächen: Korrelation mit Strukturdefekten? Teststrukturen: Strukturelle Ursachen von gemessenem Fehlverhalten

8 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Beispiel: Analyse von Polytypeinsprengseln Polytypen und Defekte lokale Gitterabstände, Verzerrungen Wurzel einer Mikroröhre Stufen auf Wachstumsfläche 10 nm500 nm50 µm

9 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Charakterisierung von SiC Teststrukturen - Korrelation von physikalischen und elektrischen Parametern Ziel: Korrelation zwischen Prozeßführung, physikalischen Materialdaten und Bauelementeparametern Fragestellungen (Beispiele): Leckstrom Versetzungen Kennliniendrift Haftstellen Gateoxidintegrität Polytypeneinschlüsse Erniedrigte Schottkybarriere Ausscheidungen

10 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Ansatz: Charakterisierung mittels Teststrukturen: *Analyse der Verteilung über Substrat: Wafermapping *Kennlinien *Zuverlässigkeitsanalyse *Ausfallanalyse incl. Rückpräparation Charakterisierung von SiC Teststrukturen - Korrelation von physikalischen und elektrischen Parametern Teststrukturen: *Schottkydiode / pn-Diode *MOS-Kondensatoren *MESFET/JFET

11 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung MOSMOS U I Defektdiche: 2*10 3 cm -2 Beispiel: Zuverlässigkeitsmessungen an MOS-Strukturen auf 4H-SiC I/V Charakteristik einer MOS-Struktur Kumulative Ausfall- häufigkeit (Qbd-Analyse) Wafermapping der Qbd-Werte von MOS- Strukturen

12 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Querverbindungen innerhalb der Forschergruppe Projekt VI Röntgenbeugung Projekt VII Realstruktur von SiC Projekt VIII Mikro-Raman Projekt IX (III) Teststrukturen Projekt I M-PVT Verfahren Projekt II Lösungszüchtung Projekt III Sublimationszüchtung Projekt IV p-dotierte Isolationsschichten

13 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Bedeutung der Projekte III, VI,VII, VIII und IX für das gesamte Vorhaben Hinweise zur Material- und Prozessverbesserung Verbesserung der Polytypreinheit (VI, VII, VIII) Reduzierung von Versetzungen und Mikroröhren (VI, VII) Reduzierung innerer Spannungen (VI, VII, VIII) Optimierung von Teststrukturen (III, VII, IX) Dienstleistung Messung lokaler elektrischer und optischer Eigenschaften (VII, VIII) Korrelierende Untersuchungen, Absicherung von Modellvorstellungen (alle)


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