Universität Erlangen-Nürnberg DFG-Begutachtung Erlangen, 19./20. November 2001 SiC als...

Universität Erlangen-NürnbergDFG-BegutachtungErlangen, 19./20. November 2001

SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung

Gliederung

I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung

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I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung

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SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung

Eg3eV; leichte Atome; hohe Debyetemperatur

Durchbruchfeldstärke, Barrierenhöhe, Sättigungsdriftgeschwindigkeit, Wärmeleitung

Leistung x Frequenz

Leistungselektronik; hochfrequente Schaltvorgänge; EnergiewandlerEinsparpotential ~ 6 GW in 2030, Ziel des „New Sunshine Program“, Japan

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I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung

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• 4H (6H) Substrate (0001), (000-1) 3‘‘ Lely Verfahren• Epischichten; CVD; p-, n-dotiert, 1014 - 1019 cm-3

• Laterale Dotierung: Ionenimplantation• Bauelementeisolation: Mesastrukturen

Bisher realisiert:

Schottky Diode 3.5kV 6A InfineonJFET 2.6kV Ron=60m/cm2 HitachiMOSFET 650V 10...70 cm2/Vsec MitsubishiMESFET fmax =3.8GHz 10W CREEMESFET fGrenz=8.6GHz New Japan Radio

Alternativen: GaN keine GaN-Substrate SiGe für höchste direkter Halbleiter Frequenzen (>1GHz)

p-Dotierung niedrige Leistungen>1GHz, mäßige Leistung

Stand der Technik

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I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung

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Problembereiche

• Substrate

Defekte: Stapelfehler, Versetzungen, micropipes ~10cm-2

hohe LeitfähigkeitPolytypkontrolle

• Dotierung durch Implantation

Strahlenschäden, TA > Tepi

• Bauelementeisolation durch Mesatechnik

Sidewall Defekte, nicht kompatibel mit Planartechnik

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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

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Konzept basiert auf vier Säulen:

• Alternative Kristallzüchtungsverfahren (Vortrag Wellmann)

• Neue Wege in der Dotierung (Vortrag Pensl)

• Theorie der Dotierung (Vortrag Pankratov)

• Charakterisierung (Vortrag Strunk)

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IV.Realisierung des Forschungskonzepts

7 Lehrstühle der Universität Erlangen-Nürnberg:

3 Exp. Physik: Ley, Magerl, Pensl1 Theoret. Physik: Pankratov2 Werkstoffwissenschaft: Strunk, Winnacker1 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

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I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung

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V. UmfeldInternational

Schweden (Linköping, Kista)Frankreich (Grenoble, Montpellier, Paris)Japan (Tsukuba, Tokyo, Kyoto)USA (Raleigh, Pittsburgh, Cleveland)

NationalJena: MBE (Richter), Theorie (Bechstedt)Paderborn: Spinresonanzmethoden (Spaeth)Halle: Positronenannihilation (Krause - Rehberg)München: Bauelementesimulation (Wachutka)

IndustrieInfineon - LEB: Implantation von SICIKZ, Berlin - WW6: 4‘‘ WaferSiCrystal- Angew. Physik, WW6: Weiterentwicklung von LelySiCED - Angew. Physik: Defektcharakterisierung

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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