Charakterisierung Strukturelle, chemische, optische, elektronische Eigenschaften 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 Aufgaben: Defektstrukturen analysieren auf allen Skalen Entstehungsmechanismen ableiten Prozessführungen verbessern

Projekt VII Realstruktur und Wachstums-mechanismen Projekt III Sublimations-züchtung Projekt VII Realstruktur und Wachstums-mechanismen Projekt VIII Charakterisierung des Kristallwachstums durch Projekt VI Charakteri-sierung von Defekten durch Projekt IX Charakterisierung von Teststrukturen Elektronen-mikroskopie Mikro-Raman-spektroskopie Röntgen-beugung Hall, DLTS, Admittanz, I-V - / C-V - Kennlinien nm µm mm

Röntgenbeugung zum Erkennen von strukturellen Defekten (Versetzungen, Mosaizitäten, Verzerrungen, Gitterparameter, Einschlüsse, etc.) traditionelle Laborverfahren ( ~ 10 keV), bei Bedarf Erweiterung mit Synchrotronstrahlung (z. B. Phasenkontrastverfahren): Diffuse Streuung (bestrahltes SiC) Profilanalyse (Rockingkurven) Topographie (Schraubenversetzungen in SiC)

Laue Transmissionsdiffraktometer Dreikristalldiffraktometer 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

Charakterisierung durch Mikro-Raman-Spektroskopie · Jeder Polytyp hat charakteristisches Spektrum 21R-SiC 6H-SiC 15R-SiC 4H-SiC Transversal-akustische Phononenmoden · Konfokale Mikroskopie Laterale Ortsauflösung bis 1mm Tiefenauflösung bis 10 mm · Mechanische Verspannungen bewirken Frequenzverschiebung der Phononen Quantitative, ortsaufgelöste Messung von Verspannungen Bestimmung des 13C/12C - Verhältnisses · Atommasse geht in Phononenfrequenz ein

Beispiel: Untersuchung eines 6H-SiC Einschlusses in 4H-SiC · Detektion von Polytypumschlägen (4H – 6H) · 6H-SiC-Einschluß ist nicht polytypenrein (ca. 10% 4H-SiC) · 4H-SiC „Minoritätspolytyp“ befindet sich unter Zugspannung (a4H < a6H)

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

Beispiel: Analyse von Polytypeinsprengseln 10 nm 500 nm 50 µm Polytypen und Defekte lokale Gitterabstände, Verzerrungen ‘Wurzel‘ einer Mikroröhre Stufen auf Wachstumsfläche

und elektrischen Parametern 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

und elektrischen Parametern Charakterisierung von SiC Teststrukturen - Korrelation von physikalischen und elektrischen Parametern Ansatz: Charakterisierung mittels Teststrukturen: * Analyse der Verteilung über Substrat: „Wafermapping“ * Kennlinien * Zuverlässigkeitsanalyse * Ausfallanalyse incl. Rückpräparation Teststrukturen: * Schottkydiode / pn-Diode * MOS-Kondensatoren * MESFET/JFET

Beispiel: Zuverlässigkeitsmessungen an MOS-Strukturen auf 4H-SiC I/V Charakteristik einer MOS-Struktur 4 8 12 10 -9 -7 -5 -3 -1 Stromdichte (A/cm2) elektrische Feldstärke (MV/cm) Fowler-Nordheim- Tunnelstrom dielektrischer Durchbruch 16 Wafermapping der Qbd-Werte von MOS- Strukturen M O S U I 10 -2 -1 1 2 3 4 -4 -3 > 10 C/cm2 < 2,5 C/cm2 80 56 25 F(z) (%) Fläche (102cm2) 1,7 4,8 9,5 ln(-ln(1-F(z))) Qbd (C/cm2) Kumulative Ausfall- häufigkeit (Qbd-Analyse) Defektdiche: 2*103 cm-2

Querverbindungen innerhalb der Forschergruppe Projekt VI Röntgenbeugung Projekt I M-PVT Verfahren Projekt VII Realstruktur von SiC Projekt II Lösungszüchtung Projekt VIII Mikro-Raman Projekt III Sublimationszüchtung Projekt IX (III) Teststrukturen Projekt IV p-dotierte Isolationsschichten

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)