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

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1 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Gliederung I.Potential der SiC-basierten Elektronik II.Stand der Technik und Alternativen III.Problembereiche und Forschungskonzept IV.Realisierung des Konzepts V.Umfeld VI.Zusammenfassung

2 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Gliederung I.Potential der SiC-basierten Elektronik II.Stand der Technik und Alternativen III.Problembereiche und Forschungskonzept IV.Realisierung des Konzepts V.Umfeld VI.Zusammenfassung

3 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung E g 3eV; leichte Atome; hohe Debyetemperatur Durchbruchfeldstärke, Barrierenhöhe, Sättigungsdriftgeschwindigkeit, Wärmeleitung Leistung x Frequenz Leistungselektronik; hochfrequente Schaltvorgänge; Energiewandler Einsparpotential ~ 6 GW in 2030, Ziel des New Sunshine Program, Japan

4 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Gliederung I.Potential der SiC-basierten Elektronik II.Stand der Technik und Alternativen III.Problembereiche und Forschungskonzept IV.Realisierung des Konzepts V.Umfeld VI.Zusammenfassung

5 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung 4H (6H) Substrate (0001), (000-1) 3 Lely Verfahren Epischichten; CVD; p-, n-dotiert, 10 14 - 10 19 cm -3 Laterale Dotierung: Ionenimplantation Bauelementeisolation: Mesastrukturen Bisher realisiert: Schottky Diode3.5kV6AInfineon JFET2.6kVR on =60m /cm 2 Hitachi MOSFET650V 10...70 cm 2 /VsecMitsubishi MESFETf max =3.8GHz10WCREE MESFETf Grenz =8.6GHzNew Japan Radio Alternativen: GaN keine GaN-SubstrateSiGefür höchste direkter HalbleiterFrequenzen (>1GHz) p-Dotierungniedrige Leistungen >1GHz, mäßige Leistung Stand der Technik

6 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Gliederung I.Potential der SiC-basierten Elektronik II.Stand der Technik und Alternativen III.Problembereiche und Forschungskonzept IV.Realisierung des Konzepts V.Umfeld VI.Zusammenfassung

7 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Problembereiche Substrate Defekte: Stapelfehler, Versetzungen, micropipes ~10cm -2 hohe Leitfähigkeit Polytypkontrolle Dotierung durch Implantation Strahlenschäden, T A > T epi Bauelementeisolation durch Mesatechnik Sidewall Defekte, nicht kompatibel mit Planartechnik

8 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Forschungskonzept Nicht Verbesserungen existierender Technologien, die von der Industrie verfolgt werden Bieten Chancen für neuartige, prinzipiell bessere Lösungen Sind das originäre Betätigungsfeld universitärer Forschung an der Schnittstelle von Grundlagenforschung und industrieller Entwicklung Alternative Wege: Kristallzüchtung und Dotierung

9 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Konzept basiert auf vier Säulen: Alternative Kristallzüchtungsverfahren (Vortrag Wellmann) Neue Wege in der Dotierung (Vortrag Pensl) Theorie der Dotierung (Vortrag Pankratov) Charakterisierung (Vortrag Strunk)

10 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Gliederung I.Potential der SiC-basierten Elektronik II.Stand der Technik und Alternativen III.Problembereiche und Forschungskonzept IV.Realisierung des Konzepts V.Umfeld VI.Zusammenfassung

11 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung IV.Realisierung des Forschungskonzepts 7 Lehrstühle der Universität Erlangen-Nürnberg: 3 Exp. Physik:Ley, Magerl, Pensl 1 Theoret. Physik:Pankratov 2 Werkstoffwissenschaft:Strunk, Winnacker 1 Elektronische Bauelemente:Ryssel Alle sind bereits in der SiC-Forschung tätig (DFG, BMBF, EU, Bayerische Forschungsstiftung) Zwischen allen Gruppen bestehen seit längerem bi- bzw. multilaterale Kooperationen Die nötige Infrastruktur ist vorhanden Kompetenz, Kommunikation, kritische Masse 170 Veröffentlichungen; 40 eingeladene Vorträge; Organisation von ECSCRM 2000

12 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Gliederung I.Potential der SiC-basierten Elektronik II.Stand der Technik und Alternativen III.Problembereiche und Forschungskonzept IV.Realisierung des Konzepts V.Umfeld VI.Zusammenfassung

13 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung V. Umfeld International Schweden (Linköping, Kista) Frankreich (Grenoble, Montpellier, Paris) Japan (Tsukuba, Tokyo, Kyoto) USA (Raleigh, Pittsburgh, Cleveland) National Jena: MBE (Richter), Theorie (Bechstedt) Paderborn:Spinresonanzmethoden (Spaeth) Halle: Positronenannihilation (Krause - Rehberg) München:Bauelementesimulation (Wachutka) Industrie Infineon-LEB:Implantation von SIC IKZ, Berlin-WW6:4 Wafer SiCrystal-Angew. Physik, WW6:Weiterentwicklung von Lely SiCED-Angew. Physik:Defektcharakterisierung

14 Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung Zusammenfassung Konzentration auf Kernprobleme Forschung an der Schnittstelle zwischen Grundlagen und Bauelement Erwiesene Kompetenz und etablierte Kooperationen Enge Verbindungen zur Industrie Realistische Erfolgsaussichten